Основы конструирования
"."
Программное содержание курса.
1. Введение. Роль конструктора в техническом прогрессе. Профессия – конструктор: квалификационные требования; профессиональные способности. Объем и характер работы конструктора на промышленном предприятии .
2. Конструирование как процесс.
2.1. Конструирование – вид умственной деятельности (труда). Содержание процесса конструирования (Анализ + Синтез). Техническое решение, его свойства и признаки (существенные и дополнительные). Выявление технических решений. Связь между техническим заданием и его оптимальным решением. Стадии разработки.
2.2. Основные этапы конструирования.
I. Анализ технического задания. Основные требования к объекту конструирования. Общие правила конструирования. Основной принцип (принципы) работы объекта.
II. Выявление технических решений. Подбор и разработка вариантов конструкции, относящихся к объекту и основному принципу. Рабочие принципы. Мысленный образ объекта. Простота конструкции. Обеспечение надежности и безопасности. Оценка требований к объекту: масса, компактность, стоимость материалов, ограничение по простоте конструкции, скорость действия (мощность), модульность, универсальность.
Методы, применяемые при разработке вариантов конструкции (технических решений): Инверсия. Аналогия (Прецеденты). Эмпатия. Комбинирование. Компенсация. Динамизация. Агрегатирование (Способы агрегатирования). Компаундирование. Резервирование. Мультипликация. Метод расчленения (Секци– онирование). Ассоциация. Идеализация. Метод переноса свойств ("фокальных" объектов) и др.
Язык конструктора: Термины. Терминология.
Источники научно–технической информации: Техническая литература. Производственно–техническая информация. Нормативно–техническая документация (Стандарты). Патентная информация.
III. Анализ вариантов конструкции (технических решений) и выбор оптимального варианта.
Число и качество вариантов. Противоречивость требований к объекту, его частям и функциональным элементам. (Совместимость технических решений по элементам конструкции объекта и рабочим принципам).
Решение задачи оптимизации математическими методами (с применением ЭВМ): Оптимальное решение. Критерий оптимизации.
Структура оптимального конструирования: Выбор критериев (Свойства и виды критериев). Математическое моделирование (Описание целевой функции и множества допустимых решений). Исходные параметры объекта. Требования к параметрам оптимизации (Виды параметров). Основные ограничения для механических конструкций. Выбор эффективного метода решения оптимизационной задачи, его реализация (Основные математические методы: Аналитические. Численные. Эвристическое программирование).
Вариантное конструирование. Оптимизация на интуитивном уровне. Расчеты при конструировании. Основные параметры оптимизации конструкций.
IV. Разработка конструкторской документации для практической реализации объекта.
Технический (технорабочий) проект. Рабочие чертежи.
3. Практические вопросы конструирования.
3.1.* Основы конструирования и расчета деталей машин. Стандартизация и унификация. Технологические требования и экономические факторы.
3.2.* Конструирование валов и осей. Подшипниковые узлы.
3.3. Передачи. Коробки передач. Приводы главного движения со ступенчатым и бесступенчатым регулированием: Кинематический расчет.
3.4. Анализ конструкций на технологичность. Технологичность конструкции, ее виды (Показатели технологичности по ГОСТ 22851–77), ГОСТ 18831–71:
Отработка конструкции на технологичность. Основные требования и рекомендуемые решения при отработки конструкции на технологичность. ("Методика отработки конструкции изделий на технологичность и оценки уровня технологичности изделий машиностроения и приборостроения").
3.5. Масса и материалоемкость конструкций. Снижение массы и материалоемкости. Выбор материалов с учетом обеспечения прочности, жесткости и надежности конструкций при минимальной массе.
3.6. Жесткость конструкций. Конструктивные способы повышения жесткости.
1. Жесткость. Равнопрочность. Факторы, определяющие жесткость: упругие характеристики материалов (E, G); геометрические характеристики сечений (A; J, W; JК, WК); линейные размеры, тип (жесткость) опор; вид нагружения. Удельный показатель жесткости.
Конструктивные способы повышения жесткости: Общие способы. Способы для консольных и двухопорных систем, работающих на изгиб.
2. Обеспечение жесткости узлов металлорежущих станков (МРС).
2.1. Конструирование шпиндельных узлов (ШУ).
ШУ с опорами качения. Основные требования к ШУ. Конструкция ШУ. Подшипники качения для опор ШУ: Способы создания предварительного натяга (жесткий и мягкий натяг). Расчет точности ШУ. Смазывание и уплотнение ШУ. Определение главных размеров ШУ. Расчет ШУ на жесткость (Оптимизация межопорного расстояния).
2.2. Несущая система и базовые детали: станины направляющие.
Расчет базовых деталей на жесткость. Направляющие скольжения, качения, комбинированные.
2.3. Тяговые устройства МРС.
Основные требования к тяговым устройствам. Тяговые устройства привода подачи: Передача винт–гайка качения. Расчет передачи винт–гайка качения: Предварительный выбор параметров передачи. Расчет на жесткость.
4. Основы художественного конструирования.
Понятие об инженерном и художественном конструировании. Художественно–конструкторское решение.
Техническая эстетика. Инженерная психология. Эргономика. Промышленная эстетика.
4.1. Система "человек–машина". Человек–оператор (Ч–О) – звено системы "человек–машина": свойства Ч–О (восприятие, внимание, память); рецепторы и эффекторы; физиологический климат.
Схемы взаимосвязей человек–объект: "треугольных взаимосвязей", частные модели поведения Ч–О; схема прохождения сигнала по контуру управления (скорость обращения сигнала по контуру управления; погрешность и надежность звеньев; скорость обработки информации).
Основные характеристики рабочей среды: категории I,II,III,IV.
4.2. Основные требования к конструкции индикаторов и регуляторов.
Визуальные, акустические и тактильные индикаторы.
Нажимные, движковые (ригельные), рычажные, вращательные регуляторы.
Принципы группирования индикаторов и регуляторов на панелях управления.
Общие требования к органам управления и индикации.
4.3. Эргономическая отработка конструкций.
Эргономические показатели (ГОСТ 16456–70): Гигиенические. Антропометрические. Физиологические и психофизические. Психологические.
Эргономический анализ и отработка конструкций: Методы исследований. Виды исследований. Основные этапы эргономической отработки. Факторы эргономического анализа. Оценка результатов принятого художественно–конструкторского решения. Эстетический анализ. Эстетические показатели (информационная выразительность; целостность композиции; совершенство производственного исполнения и стабильность товарного вида).
Основные требования к форме, отделке и окраски внешних поверхностей объекта. Влияния освещения на восприятие формы и цвета. Требования к освещению.
4.4. Основы композиции.
Задача эстетического анализа. Композиция: Общие категории (Тектоника. Объемно–пространственная структура). Свойства и качества (Целостность формы. Соподчиненность. Равновесие. Симметрия и асимметрия. Динамичность и статичность формы. Единство характера формы). Средства (определяющий композиционный прием. Пропорции и масштаб. Контраст и нюанс. Метр и ритм. Темп и пластика).
Некоторые особенности восприятия формы. Оптические иллюзии. Психологические факторы восприятия.
4.5. Элементы цветоведения.
Физические и психологические характеристики цвета: Яркость, цветовой тон, чистота; Светлота, насыщенность.
Влияние видов отражения.
Цветовые модели: Линейная. Трехмерная модель Мессела. Цветовой график.
Особенности психологического восприятия цвета. Цветовой круг. Выбор цветовых сочетаний: Контрастная и нюансная гармония.
Цветовые иллюзии.
Основные рекомендации по выбору цветовых решений (Рабочее место. Рабочая зона. Помещение (интерьер) в целом).
Сигнальные значения цвета.
5. Основы патентоведения.
Изобретательство – важный фактор технического прогресса. Изобретательское право. Объекты и субъекты изобретательского права. Защита объектов изобретательского права (Патент; АС; Диплом).
Открытие. Изобретение. Промышленный образец. Рационализаторское предложение.
Изобретательская деятельность: Выявление изобретений (Главные критерии изобретения. Патентоспособность). Прототип. Аналоги. Существенные признаки (Структуры. Вида. Отношения). Существенные отличия. Положительный эффект. (ГОСТ 15.011–82).
Патентный поиск. Источники порочащие, не порочащие новизну изобретения.
Патентная информация (Документация). Справочно–поисковый аппарат. Система МКИ. Справочно–информационные фонды патентных служб.
Составление и оформление заявки на изобретение. Описание изобретения. Формула изобретения.
6. Активизация инженерного творчества.
Разрешение технических противоречий (Внешние. Внутриобъектные). Процесс поиска новых идей – процесс выявления и разрешения ТП: существенный этап создания изобретений. Необходимость овладения методами активизации (творческий уровень изобретения). Метод "проб и ошибок" (Эвристика). Брейнсторнинг. Синектика. Метод "контрольных вопросов". Морфологический анализ. Алгоритмическая методика (АРИЗ). "Изобретающая машина".
7. Конструкторский бизнеса.
Лекция 3 "Основы конструирования"
§3.1. Резюме Лекции 2.
ТО, Конструирование – логический мыслительный процесс (не исключающий, однако, элементов интуиции 
"озарение"):
от абстрактно сформированного задания А (основного принципа) через функционирующие элементы (ФЭ)(Существующие ТР (элементы решений)) к желаемому результату (Рабочие принципу)
(КД).
Т.е., конструирование направлено от сущности задачи к явлению, которое желают получить (вызвать).
Основы структуры конструирования как процесса – связь между ТЗи наилучшим его вариантом (Решением) – которая позволяет определять основные положения (они не носят характер непреложных законов) для подразделения существенных рабочих этапов конструирования:
1) В ТЗ содержаться (в явной или не явной форме) необходимые и достаточные данные для всех возможных решений (Основной принцип);
2) Каждое отдельное решение является комбинацией функционирующих элементов (ТР), характеризуемых определенным действием;
3) Каждое решение имеет недостатки (ошибки), число которых возможно минимизировать;
4) ТР с минимальным числом недостатков является оптимальным.
Эти положения определяют строгую (единственно возможную) последовательность действий при конструировании объектов: повторения (возвраты) допустимы и необходимы.
Отсюда следует основные этапы конструирования как процесса:
I. Проанализировать ТЗ: сформулировать Основной принцип.
II. Выявить ТР, целесообразные комбинации которые дают все возможные решения задачи (Рабочие принципы) ;Þ Мыслительный образ объекта.
Содержание:
– Анализ существующих конструкций и принципов их работы – выявление ТР–это единственный путь:
В КД и действующей конструкции ТР воплощены в определенной совокупности узлов, деталей или их элементов (Вспомним пример –Шестерня), они как бы "теряются" в этой массе. В процессе анализа выявляются ТР, являющиеся основой построения детали, узла или объекта в целом.
NB. ТР – основа для сравнения и оценки разных объектов: всю разработку в целом сравнить трудно, особенно если объект сложный и включает в себя разные узлы и системы:электрические, гидравлические, мех. передачи и др. Сравнению поддаются ТР, к которым можно применить общий критерий, характеризующий Основной принцип.
III. Найти содержащиеся в каждом решении недостатки и принять меры к уменьшению их количества (ошибки должны быть исключены полностью) или их действия (Улучшенные рабочие принципы).
Содержание:
– Мысленные эксперименты (при недостаточном опыте – эскизная проработка): перестановка и замена элементов объекта; оценка эффективности изменений – их влияние на конечный результат.
Выявить ТР с min–min числом недостатков – путем сравнительной оценки (Оптимальный рабочий принцип).
IV. Изготовить КД для практической реализации объекта (Как –min– Рабочий чертеж).
NB. Еще раз следует подчеркнуть, что эффективность применения методики (методик) конструирования во многом зависит как от обычной способности к мышлению, так и от ряда определенных качеств ( в т.ч. и профессиональных) личности конструктора.
К сожалению подробное рассмотрение этих вопросов выходит за рамки программы курса "ОК": это – вопросы из "Психологии творчества".
Можно назвать основные: –
n живое человеческое мышление, управляемое диалектической логикой \* и включающее системный подход (!)\**.
n образное мышление и творческое воображение.
Все эти качества – дело наживное: они формируются и развиваются в процессе деятельности на основе трех "само...":
–самообразование (...воспитание);
–...анализ;
–...оценка.
\** В настоящее время в области инженерии (Инженерная Деятельность) наиболее дефицитна (престижна) третья категория инженеров: системотехник ( или "универсалист") – инженер широкого профиля, задачи которого – организация и управление инженерной деятельностью и создание сложных технических систем (1к – производственник; 2к – исследователь–разработчик).
\* Принципы:–
–принцип первичности материального;
–принцип всеобщей взаимосвязи;
–принцип развития.
§ 3.2. Рассмотрим более подробно основные этапы процесса конструирования.
I. Анализ ТЗ проводится на основании :
–требований к объекту конструирования;
–общих правил конструирования (см. Орлов кн.1, 1977г, стр. 63...67=52).
I.1. Основные требования к объекту конструирования.
Разработка (Проектирование, конструирование) технических объектов связанна с конкретными,–
–производственной необходимостью;
–и бытовыми потребностями человека.
Подготовка производства (конструкторская ПП–часть), изготовление и эксплуатация объекта, в свою очередь, происходят в конкретных производственных и эксплуатационных условиях.
Это вносит определенные ограничения в работу конструктора, с которым он всегда должен считаться в процессе конструирования: "обузды–вать фантазию".
В противном случае – без учета ограничений, приходится всегда вносить изменения в конструкцию при изготовлении и эксплуатации, а это Þ дополнительные затраты труда и материалов.
Перечислим основные требования к объекту, которые должны обеспечивать max. его соответствие конкретным условиям применения:
À – соответствие своему назначению и высокая производительность; высокое качество, надежность и ремонтопригодность. Результат выполнения этих требований – обеспечение назначенного (гарантийного) ресурса;
Á – удобство применения, функциональные свойства, необходимые для выполнения нужных операций; (специализация или универсальность)
 – соответствие конструкции объекта условиям изготовления его конкретными технологическими способами, на конкретном производстве в конкретном количестве. (Литье, штамповка, сварка и т.д.; – единичное – серийное – массовое; одно – серия (и) – много).
Это требование диктуется экономической целесообразностью;
à – возможность изготовления объекта на конкретной производственной базе предприятия–изготовителя с min–min затратами (конструктор должен учитывать имеющиеся:
–оборудование, инструмент, оснастку для изготовления, сборки и контроля;
–квалификация персонала и состояние технологической дисциплины и т.п.).
Ä – соответствие конкретным условиям технологической подготовки производства (это – материалы, полуфабрикаты, заготовки, ПКИ (ГИЗы) Î их наличие и дефицитность).
Основа выполнения этого требования – согласования КД со службами (Предприятиями и организациями), участвующими при изготовлении.
Для выполнения этого требования проводится входной конструкторский, технологический и норма–контроль КД, полученной из др. Организаций и Предприятий.
Å – соответствие требованиям СТ (ГОСТ, ОСТ, СТП),ТУ, Правил, Инструкций, Норм, так называемые Нормативно–технические материалы, например, – ССБТ; П. без–й эксил ГПК; ПУиБЭ сосудов РД; ПУЭ и т.д. и т.п.
Æ – КД на объект должен соответствовать требованиям ЕСКД.
На что надо обратить внимание, это:
–не давать в чертежах технологических указаний (за исключением – когда технология единственная);
–не забывать указывать все Тех. Требования на изготовление, контроль (измерения) и испытания объекта.
Кроме того в процессе изучения и анализа ТЗ конструктор:
–наводит справки;
–знакомится с литературой;
–изучает чертежи, приложенные к ТЗ, и аналогов;
–уточняет ТТ к объекту и выясняет ограничения (условия, которые обязательно должны быть соблюдены при решении задачи).
Результат I этапа 
– уяснение цели конструирования (основного принципа работы объекта);
–Подтверждение того, что эта цель в ТЗ сформулирована правильно.
В противном случае – конструктор обязан обоснованно доказать необходимость корректировки ТЗ: ошибка разработчика ТЗ может привести, как min – к неверному направлению разработки объекта; max – к разработке негодной конструкции.
Лекция 4. Основы конструирования.
Этап II – Выявление ТР, целесообразные комбинации которые дают все возможные решения задачи (Рабочие принципы) Þ Мыслительный образ объекта.
Содержание:
–Анализ существующих конструкций и принципов их работы – выявление ТР, – это единственный путь:
В КД и действующей конструкции ТР воплощены в определенной совокупности узлов, деталей или их элементов (вспомним пример –Шестерня...), они как бы "теряются" в этой массе. В процессе анализа выявляются ТР, являющиеся основой построения детали, узла или машины в целом.
NB. ТР – основа для сравнения и оценки разных объектов: всю разработку в целом сравнить трудно, особенно если объект сложный и включает в себя разные узлы и системы (электрические, гидравлические, мех. передачи и др.). Сравнению поддаются ТР, к которым можно применить общий критерий, характеризующий Основной принцип.
При этом рекомендуется руководствоваться следующими соображениями:
– Следует идти от необходимого к желаемому, а от желаемого к допустимому.
Качество конструкции объекта зависит от качества идеи или принципа, использованного в ТР объекта. Следует находить побольше ТР для выбора наилучшего; разрабатывать варианты известных ТР... ;стремиться выяснить все необходимые детали, способные повлиять на конструируемый объект.
Оценивать сравнительную важность каждого варианта, чтобы облегчить выбор оптимального или создать компромиссный. Избегать поспешных решений и чрезмерного влияния авторитетных решений. Правильно оценивать результаты расчетов и рационально их использовать.
–Добиваться простоты конструкции. Например, если предполагается ввести новый узел или изменить уже существующий, надо уточнить, нельзя ли вообще обойтись без них.
Избегать сложных, многодетальных конструкций. Не использовать в конструкции объекта элементы (узлы и механизмы), работоспособность которых сомнительна и требует экспериментальной проверки.
NB –Улучшение конструкции по некоторым параметрам за счет ухудшения качества, надежности и безопасности работы ее недопустимо.
Требования предъявляемые к конструкции обычно противоречивы. Поэтому, улучшая один параметр объекта, конструктор влияет на др., нередко ухудшая их. Важно оценить эти влияния, принимая компромиссное решение, которое в конкретном случае будет оптимальным.
При оценки требований, предъявляемых к объектам разработки, необходимо учитывать следующее:
– Уменьшение массы объекта вызывает уменьшение прочности и жесткости.
– Компактная, малогабаритная конструкция влечет за собой улучшение условий сборки, обслуживания, регулировки и ремонта.
– Применение дешевых материалов вызывает ухудшение прочности, износостойкости и долговечности.
– Создание простой конструкции объекта накладывает ограничения на технические и технологические возможности его работы.
– Увеличение скорости действия механизма приводит к росту инерционных сил и нагрузок на детали и узлы.
– Разбивка конструкции на модули (узлы) для облегчения организации их сборки (или транспортировки) ведет к уменьшению жесткости конструкции, повышает трудоемкость сборки.
– Создание конструкции для разных режимов работы и разных операций (универсальной) наносит экономический ущерб при эксплуатации объекта на одной операции.
Для нахождения лучшего конструктивного решения конструктор должен создать как можно больше вариантов конструкции, т.к. в каждом варианте возможно решение тех или иных вопросов в разной степени.
Следует заметить, что разработка принципиально различающихся вариантов дело непростое. Кроме знания большого объема различных ТР, конструктивных схем и т.д. требуются способности и навыки использование приемов и методов конструирования.
Существуют методы, которые активизируют и направляют творческое мышление на пути создания новых, нешаблонных, нестандартных решений. Конструктору полезно знать эти методы (и учиться использовать их).
Приведем основные:
Инверсия (сделай наоборот) – метод получения нового ТР путем отказа от традиционного взгляда на задачу. При этом взгляд на задачу осуществляется обычно с диаметрально противоположной позиции. Если говорить об элементах объект, то они обычно меняются местами.
Принцип инверсии: –
– С наружи – изнутри;
Вертикально – горизонтально;
Вертикально – вверх дном (вверх ногами);
С лицевой стороны – с обратной стороны;
Поверхность охватывающая – поверхность охватываемая;
Симметрично – асимметрично;
Ведущее – ведомое;
Жидкое – твердое;
Вредное – полезное;
Жесткое – гибкое;
Растяжение – сжатие (Пример ?!).
Элемент на одной детали – Перенести на др. деталь, взаимодействующую с первой; и т.д. и т.п.
Аналогия (метод прецедента) – использование ТР из др. областей науки и техники. Аналогичные решения, используемые для решения инженерных задач, могут быть заимствованы из живой природы как конструкции и элементы биомеханики.
Метод прецедента использует аналогию с ранее разработанными конструкциями.
Аналогия может не только использовать ранее созданные конструкции, но и моделировать разные качества: форму, цвет, звук и т.п.
Эмпатия – отождествление личности конструктора с объектом разработки, т.е. элементом или процессом: "вхождение в образ". Этот метод приводит к новому взгляду на задачу.
Комбинирование – использование в конструкции в разном порядке и в разных сочетаниях отдельных ТР, процессов, элементов. При этом можно найти новое качество, дополняющий положительный эффект.
Метод комбинирования может применяться по трем схемам объединения элементов:
новое + новое,
новое + новое,
старое + старое.
Комбинации элементов могут быть разного характера: мех. соединение, соединение через промежуточные элементы, дублирование, образования многоступенчатых конструкций и др.
Компенсация – уравновешивание нежелательных и вредных факторов средствами противоположного действия. Например, часто необходимо компенсировать влияние массы, сил инерции, трения, различные потери ... – это осуществляется с помощью компенсаторов (постоянных, регулируемых, автоматических, пружинных и др.).
Динамизация – превращение неподвижных и неизменных элементов конструкции в неподвижных и неизменных элементов конструкции в подвижные и изменяемой формы.
Агрегатирование – создание множества объектов или их комплексов, способных выполнять различные функции, либо существовать в различных условиях. Достигается путем изменения состава объекта или структуры его составных частей.
Способы агрегатирования:
n соединение агрегатов с самостоятельным объектом представляющим комплекс (транспортер с подвесными орудиями);
n агрегатирование присоединением, когда к базовой составной части могут присоединяться различные зависимые составные части;
n агрегаты, узлы, детали (например, агрегатные станки; поворотно–делительные столы + силовые узлы: механизм главного движения и механизм подач);
n агрегатирование изменением, когда в объекте могут применяться всевозможные варианты составных частей при различной компоновке (например, различные варианты кузова автомобиля на одном шасси ...).
Компаундирование – состоит с том , что для увеличения производительности параллельно соединяются два технических объекта. Соединение производится различными приемами:
n объекты устанавливаются независимо параллельно и связываются синхронизирующимися устройствами;
n ... конструктивно объединяются в один агрегат и т.д.
Блочно–модульное конструирование – предусматривает создание изделий на основе модулей и блоков. Модуль – составная часть изделия, состоящая преимущественно из унифицированных или стандартных элементов различного функционального назначения (например, М. С. У.).
Резервирование (дублирование) – увеличение числа технических объектов для повышения надежности изделия в целом.
Мультипликация – повышение эффективности за счет использования нескольких рабочих органов, выполняющих одни и те же функции (по местам; многодетальная обработка; многоэтажные конструкции; многослойные конструкции и т.п.).
Метод расчленения – заключается в мысленном разделении традиционных технических объектов с целью упрощения выполняемых или функций и операций. Секционирование предполагает дробление ТО на конструктивно подобные составные части – секции, ячейки, блоки, звенья.
Ассоциация – использование свойства психики при появлении одних объектов в определенных условиях вызывать активность других, связанных с первыми. Совпадение определенных признаков разных объектов позволяет найти нехарактерные решения. (Например, мех. манипулятор, имитирующий работу руки ...).
Идеализация – падение реальных объектов нереальными, неосуществимыми свойствами и изучение их как идеальных (точка, линия, абсолютно твердое (черное) тело и др.). Этот метод позволяет значительно упростить сложные системы, обнаружить существенные связи и применить математические методы исследования.
Перенос свойств (или метод "фокальных" объектов) – конструируемый объект помещают в "фокус" внимания и переносят на него свойства или функции нескольких произвольно выбранных объектов.
Совокупность комбинаций найденных ТР – основа для создания конструкции объекта.
Следующий этап (III) – анализ вариантов и выбор оптимального – труднейший и самый ответственный этап конструирования. От результатов его выполнения зависит качество объекта на всех стадиях жизненного цикла.
? – Язык конструктора. –?
? – Источники информации. –?
?? – специальный научно–технический язык терминов.
Термин (от лат. terminus – граница, предел) – слово или сочетание слов, употребляемое с оттенком специального значения. Система терминов–терминология.
Конструкторский язык – терминология, при внимательном рассмотрении обнаруживает свою образную первооснову:
ось – палец – вал – вал ^ муфта
стакан – гильза ^ патрон
баба – бабка ^ пиноль
гитара
хвостовик.
Образный смысл терминов помогает глубже понять их содержание (и способствует развитию творческого воображения). Однако, следует заметить, увлечение образами создает заряд психологической инерции, которая может препятствовать поиску новых ТР. Поэтому при решении конструкторских задач нужна большая независимость от конкретных технических средств.
Источники (научно–технической) информации.
Роль технической информации при конструировании огромна.
Конструктор творчески перерабатывает имеющиеся в его распоряжении (арсенале) или заимствованные из технической литературы информацию, существующие ТР, приспосабливая их к конкретным условиям.
Чаще всего в структуре разработанного объекта отсутствуют существенно новые ТР (изобретения). Это объясняется тем, что конструкторы, решая например, задачу повышения уровня технического оснащенности м/с, на многих предприятиях отрасли занимаются одними и теми же проблемами: Ежедневно происходит повторение одних и тех же конструктивных решений.
Бурный рост объема НТИ: удвоение в течении семи лет (в середине 80–х в нашей стране общее число информационных документов составляло в год ³ 10 млн. Экземпляров), – все больше затрудняет поиск и изучение необходимого.
Парадокс. Поэтому – как правило, легче разработать новый объект, чем убедиться, что такое где–то уже существует. (изобретение велосипеда).
В то же время – изучение и накопление положительного опыта конструирования – жизненная необходимость, особенно для молодых специалистов.
Т.к. стремление освоить всю предыдущую информацию – тщетно!!!, то – выход: изучать информацию по конкретным актуальным для данного специалиста вопросам, начиная с новейших достижений и кончая ретроспективной информацией.
СПЕЦИАЛИЗАЦИЯ.
"УЗКИЙ" специалист.
Результат изучения информации Þ обеспечение Конструктивной преемственности – использование при разработке предшествующего опыта по профилю специализации и смежных отраслей, введение в конструкцию разрабатываемого объекта всего полезного, что имеется в существующих конструкциях.
Основные источники НТИ:
Техническая литература: Учебники; Справочники конструктора (межотраслевые и отраслевые); Энциклопедии технические ( универсальные и отраслевые); Словари терминологические и разъяснительные; Типажи машин и оборудования и т.п.
Производственно–техническая информация – информация о новейших достижениях научной и производственной практики: Обзоры; Реферативные издания; Экспресс–информация; ИЛ; Бюллетени; Типовые РМ и в том числе изобретения и т.п.
–Н–ТД – ГОСТ, ОСТ, СТП, ТУ, РТМ, ТО и др.;
–Патенто–лицензионная информация (о содержании – в разделе Патентоведение).
БНТИ Þ помощь Специалистам.
Лекция 5. "Основы конструирования".
III. Анализ вариантов конструкции и выбор оптимального варианта.
II этап заключается в подборе и разработке вариантов, относящихся к объекту и принципу работы.
III этап Þ принятие одного, окончательного варианта.
Важно отметить, что принятие конкретного варианта имеет решающее значение на всех стадиях разработки. Оптимальное решение придает направление всей разработке.
Вероятность выбора оптимального варианта ... тем выше, чем больше число вариантов, из которых выбирается это решение, и чем выше качество этих вариантов.
Как мы сказали ранее, основа для отбора ТР – требования (ТЗ) к разрабатываемому объекту. Эти требования могут предъявляться к объекту в целом или к его составным частям и функциональным элементам.
Как требования к объекту, так и варианты ТР нередко являются противоречивыми. Противоречивость вариантов может иметь самую различную степень, вплоть до взаимного исключения.
В любом случае выполняется проверка совместимости принимаемых решений по разным частям конструкции и принципам работы конструируемого объекта.
В случаях, когда имеется определенное число вариантов и выбор наилучшего (оптимального) не очевиден, на помощь конструктору приходит метод оптимизации.
Оптимальным решением задачи назначается решение, которое по тем или иным признакампредпочтительнее.
Отсюда следует: чтобы среди большого числа вариантов найти оптимальный, нужна информация о предназначительности различных сочетаний значений показателей характеризующих варианты,– критерий оптимизации.
Задача выбора оптимальных параметров разработки в соответствии с выбранными критериями называется задачей оптимального проектирования (конструирования).
Здесь следует отметить, что под оптимальным проектированием (чаще всего) понимается процесс принятия оптимальных (в некотором смысле) решений с помощью ЭВМ. Эта проблема, связанная с получением оптимального решения из множества допустимых, является общей для всех стадий разработки и во многом определяет технико–экономическую и технологическую эффективность разрабатываемых (конструируемых) объектов.
Рассмотрим некоторые положения теории оптимального проектирования.
Процесс оптимального проектирования включает в себя три основных этапа:
1) выбор объективного критерия оптимизации;
2) описание целевой функции и множества (области) допустимых решений (математическое моделирование объекта);
3) выбор эффективного метода решения задачи и его реализация.
À Критерий оптимизации конструируемого объекта служит показатель, который оптимален для данного объекта.
Выбор критерия определяется следующим:
n критерий–средство, с помощью которого должны сопоставляться конкурирующие варианты конструкции объекта;
n критерий должен выражать соответствие между целесообразным качеством объекта и реальными процессами конструирования, изготовления и эксплуатации объекта.
Критерий предназначен не для того, чтобы "заменить цель поставленной задачи", а для того, чтобы проверить предпочтительность выбранных вариантов.
Критерий должен быть объективным и оправдывать свое назначение. Для этого он должен обладать рядом свойств:
n быть независимым;
n быть однозначным, т.е. не являться функцией других факторов;
n быть непосредственно связанным с параметром оптимизации;
n быть совместимым с другими факторами, чтобы не нарушать их работу и др.
В качестве критерия оптимизации в зависимости от характера и назначения объекта конструирования могут быть приняты:
n его стоимость;
n конструктивные и точностные показатели;
n масса (вес);
n долговечность (ресурс) и др.
Á Оптимизация как процесс рационализации элементов конструкции возможна только тогда, когда сформулирована цель.
При решении задач оптимизации математическими методами : математическая зависимость критерия оптимизации от искомых параметров объекта носит название целевой функции .
Название не случайно : оптимизация проводится с целью получения наилучшего значения критерия оптимизации .
* Z=Z(X,U) ® min , ( x1,...,xn ) =X
- искомых параметров объекта ;
- Ui(t) - неизвестные функции конструирования.
Пространства , в которых изменяются X,U - назовём пространствами проектирования .
*- условие min функционала , определяющее выбранный критерий - есть критерий оптимальности .
Функционал - ( в вариационном исчислении ) математическое понятие, означающее переменную величину , зависящую от выбора одной или нескольких функций .В общем смысле - оператор , отображающий бесконечно мерное пространство , в множестве действительных или комплексных чисел .
Параметры оптимизации :
В качестве искомых параметров объекта могут служить любые численные значения :
- принцип работы изделия ( н .)
- технические показатели (Vmaxили Vmin ; производительность; to ; M и др.);
- показатели качества ( Qu; HRC - поверхности вала и тп .).
Параметры оптимизации должны соответствовать следующим требованиям,-
- поддаваться измерениям с достаточной степенью точности и ограничиваться пределами допусков ;
- быть информационными , т.е . всесторонне характеризовать объек