Основы проектирования и конструирования (стр. 45 из 53)
Когда действия проектировщика по отдельным этапам не зависят одно от другого, может иметь место разветвленная стратегия с параллельными этапами, позволяющими увеличить количество людей, одновременно работающих над задачей. В этом случае полезно планировать работу в виде сетевого графика.
Пример последовательности работы в соответствие с линейной стратегией приведен на блок-схеме процесса проектирования.
Рассмотрим несколько подробнее перечисленные этапы. Итак, первый этап - уяснение цели.
Цель может определяться заданием или вытекать из характера работы (например, разработка патентуемого изделия). В любом случае первым этапом проектирования процесса является четкое определение цели, которая должна быть достигнута, или требование, которое должно быть удовлетворено.
Уясняя цель, конструктор должен, прежде всего, внимательно изучить исходные материалы. При их изучении важно правильно выбрать параметры проектируемой машины.
Для этого, в частности, конструктор должен знать патентную литературу и быть в курсе всех поисковых и перспективных работ, проводимых в научно-исследовательских институтах данной отрасли машиностроения.
Это - один из самых трудных этапов проектного исследования. Для его выполнения создан комплекс специальных методов, который одновременно позволяет выполнить и второй этап проектирования - выбор пути решения задачи.
Характеризуя все эти методы в целом, следует заметить, что их объектом является не столько проектирование, сколько мыслительная деятельность, предшествующая выполнению чертежей и проектов.
Поэтому основа новых методов в значительной мере покоится на достижениях психологии. Это - стык психологии и технических наук.
Знакомясь с этими методами, необходимо учитывать, что ни один из них не существует сегодня в полностью завершенном виде, и при решении любой задачи проектирования необходимо определенное сочетание логики и интуиции.
Интуиция базируется на соответствующем опыте работы. Как правило, поиск интуитивного решения требует времени на осознание и преобразование в уме образов, изображающих структуру задачи в целом. В течение длительных и внешне бесплодных поисков решения проектировщик может неожиданно найти новый способ структурирования задачи, позволяющей разрешить конфликты. Это событие, которое иногда называют творческим, дает возможность преобразовать сложную задачу в простую (Рассмотреть пример с А.Н. Туполевым - о крышке люка, которую должно вырвать в полете).
Выполнение этапа уяснения цели и постановки задачи зависит от того, есть ли прототип проектируемого изделия, либо требуется разработка принципиально новых технологических решений, не имеющих прототипов. Может быть поставлена задача поиска новых технических решений как задач математического программирования (автоматизированный поиск оптимальных технических решений).
Мы ограничимся здесь рассмотрением наиболее простой задачи, когда имеется прототип конструкции. В этом случае постановка задачи осуществляется последовательно посредством выполнения следующих операций.
Операция 1. Описание проблемной ситуации. Это ответ на такие вопросы:
а) В чем состоит проблемная ситуация и какова ее предыстория?
б) Что требуется сделать для устранения проблемной ситуации, т.е. какую потребность нужно удовлетворить?
в) Что мешает достижению цели?
г) Что дает решение задачи людям, народному хозяйству?
Операция 2. Описание функции (назначения) ТО. Мы это делаем, рассматривая построение функциональной структуры.
Операция 3. Выбор прототипа и составление списка требований. В качестве прототипа выбирают лучшие мировые образцы в ведущем классе ТО. Для этого используют патентные обзоры за последние 5-10 лет, каталоги выставок и т.д. По прототипу определяют список требований (с учетом эволюции критериев развития).
Иногда при выборе прототипа удается найти подходящее готовое решение. Однако при наличии времени почти всегда есть возможность улучшить найденное решение.
Операция 4. Составление списка недостатков прототипа. Под списком недостатков прототипа имеют в виду перечень требующих улучшения критериев, показателей с их количественной оценкой (увеличение производительности, скорости, мощности).
При составлении этого списка полезно изучить конструктивную эволюцию рассматриваемых ТО, использовать обратную мозговую атаку (о которой речь пойдет дальше).
Полученный список недостатков упорядочивается по степени важности их устранения.
Операция 5. Предварительная формулировка задачи. Обобщаются результаты предыдущих операций с разделением результатов на "дано" и "требуется".
Дано: а) качественное и количественное (когда возможно) описание функции и ограничений на ее реализацию;
б) перечень и описание возможных прототипов, и списки требований к ним;
в) списки недостатков прототипов.
Требуется: найти техническое решение, так меняющее прототип, чтобы реализовалась интересующая функция и уменьшились или ликвидировались недостатки, присущие прототипу.
Далее идут операции по уточнению постановки задачи.
Операция 6. Анализ функций прототипа и построение улучшенной конструктивной функциональной структуры.
Для этого после построения конструктивной функциональной структуры прототипа ищут ответ на вопросы:
а) Какие можно ввести новые функциональные элементы для устранения недостатков прототипа?
б) Какие элементы можно исключить с передачей их функций другим элементам (или вообще)?
в) Для каких элементов, имеющих несколько функций, целесообразно разделение функций с введением дополнительных элементов?
На основании ответов на эти вопросы строят улучшенную структуру.
Операция 7. Анализ функций вышестоящей по иерархии системы.
Почти всегда данную систему можно представить как элемент другой, более сложной технической системы.
При анализе:
Выделяют эту вышестоящую по иерархии систему.
Описывают функции всех элементов, входящих в эту систему, и строят ее конструктивную функциональную структуру.
Выясняют, можно ли выполнить функцию рассматриваемого ТО путем внесения изменений в смежные объекты; нельзя ли какому-либо смежному объекту частично или полностью передать выполнение функций рассматриваемого ТО; что мешает внесению необходимых изменений и нельзя устранить мешающие факторы.
По аналогии с операцией 5 сформулировать задачу внесения изменений в смежные объекты. Провести сравнение эффективности первоначальной задачи и изменения смежных объектов. Если последнее эффективней, проработать этот вариант по операциям 1 - 6.
Операция 8. Выявление причин возникновения недостатков (выявленных в операции 4). Цель - попытаться ответить на вопрос: можно ли полностью или частично избавиться от недостатка, исключив причину его возникновения?
Операция 9. Выявление и анализ противоречий развития. Суть противоречий развития обычно заключается в том, что попытка улучшить какой-то показатель машины приводит к ухудшению другого показателя.
При выполнении данной операции выполняют следующие процедуры.
Из списка недостатков прототипа (см операцию 4) выбирают недостатки, связанные с количественными показателями, относящимися, в первую очередь, к критериям развития ТО.
При рассмотрении этих показателей ищут ответ на вопросы:
какой показатель ТО существенно ухудшается при улучшении рассматриваемого показателя;
какие факторы (константы, стандарты) ограничивают улучшение желаемого показателя.
Строят график зависимости ухудшаемого показателя от улучшаемого.
Операция 10. Уточнение списка прототипов и формирование идеального технического решения.
Проведенный выше анализ расширяет представление о задаче и требованиях к прототипу. Поэтому иногда приходится возвращаться к выбору прототипа.
Кроме того, полезно сформулировать идеальное техническое решение (идеальная машина), учитывающее главную магистраль развития (эволюции) ТЭ.
Идеальное техническое решение полностью или частично обладает следующими свойствами:
Размеры ТО приближаются или совпадают с размерами обрабатываемого или транспортируемого объекта, а масса ТО намного меньше массы обрабатываемого объекта.
В ИТР масса и размеры ТО или его главных функциональных элементов приближаются к нулю или равны нулю (когда устройства вообще нет, а необходимая функция выполняется).
В ИТР время обработки объекта приближается к нулю или равно нулю.
КПД приближается к единице, а расход энергии - к нулю.
Все части ТО все время выполняют полезную работу в полную меру своих расчетных возможностей.
ТО функционирует бесконечно долго без ремонта и остановок.
ТО функционирует без человека или при его минимальном участии.
ТО не оказывает отрицательного влияния на человека и окружающую среду.
Конечно, достаточное приближение к ИТР требует большой доли фантазии, но, тем не менее, это сужает направление поиска реальных решений.
Операция 11. Улучшение других показателей ТО. При разработке новой модели или нового поколения ТО стремятся не только устранить главные видимые недостатки, выявленные в операции 4, но и усовершенствовать весь комплекс существенных показателей. Поэтому по отношению к выбранным прототипам стараются найти ответ на вопросы: Какие еще можно устранить недостатки в прототипе? Какие показатели могут быть дополнительно улучшены и на сколько?
Операция 12. Уточненная постановка задачи. Формулирование задачи уточняется за счет включения в исходные данные следующих выявленных в процессе анализа вопросов:
качественное и количественное описание функции ТО;
перечень и краткое описание прототипов, к которым могут быть отнесены улучшенные функциональные структуры и ИТР, и списки основных требований к прототипам;