1.6. Этапы создания новых машин

Период с момента начала проектирования до окончания срока внедрения машины в производство складывается из следующих семи этапов:

1. проектирование;

2. изготовление, отладка и доводка опытного образца;

3) промышленные (предварительных в условиях эксплуатации) испыта-ния опытного образца, внесение выявившихся в ходе испытаний изменений;

4) государственные испытания и приемка опытного образца; 5) разработка технической документации головной серии;

6) изготовление головной серии, ее промышленные испытания;

7) разработка конструкторской документации и подготовка производства к серийному выпуску;

• организация серийного производства. условиях конкуренции на рынке сбыта сроки освоения новых машин играют определенную роль в развитии их производства. Поэтому важна ор-ганизация информационного, методического и технического обеспечения.

7. Методы создания новых идей

Суть конструирования новой техники – поиск и разработка решений по разрешению противоречий в системе «человек – техника – среда». Эти решения, зафиксированные в текстовой, графической или иной форме, в за-висимости от разрешаемого противоречия могут быть:

1) функционально-техническими, повышающими производительность, надежность, транспортабельность и др. функциональные качества техники;

2) социально-техническими, удовлетворяющими эргономическим, эс-тетическим и экологическим требованиям;

3) технико-экономическими, обеспечивающими ожидаемые доходы и перспективы развития производства.

По способу разрешения противоречий конструкторские решения могут быть формально логическими и эвристическими.

						Таблица 1.2
			Методы создания новых идей
	Логические				Эвристические
Ассоциации	Генерирование идей			Простые		Сложные
	диаграмм		матриц
	Мозговой штурм			Методы аналогий, альтернативных пар,
				инверсии, комбинированные

Метод ассоциации – выработка новых идей на основе изучения и ана-лиза реального объекта (процесса) с целью оценки возможности использова-ния с полным или частичным сохранением его свойств в новых условиях. Также оценивается его полная замена на другой объект (процесс) с более эф-фективным принципом действия и лучшими эргономическими и эстетиче-скими свойствами. Метод базируется на мыслительной способности конст-руктора.

Метод генерирования идей – поиск и выработка новых идей и решений по определенному виду техники на основе систематизации и логического анализа данных его развития в прошлом и выявления направлений его раз-вития в будущем. При генерировании идей эффективна разработка и исполь-зование диаграмм и матриц идей, функционально-структурных классифика-ций , примеры которых прилагаются. Эти документы могут быть составлены как по функционально-структурным признакам, так по признаку технико-экономической эффективности практически по любому виду оборудования. конструкторских коллективах эффект приносят «мозговые штурмы», про-ведение конкурсов.

Логические методы могут и должны тесно сочетаться с эвристическими. К простым эвристическим методам относят:

1. метод элементарных вопросов – выработка решений путем получе-ния ответов на вопросы: почему так и не иначе, для чего, как, на что похоже?

2. метод наводящих вопросов – поиск рациональных решений ведется в режиме «вопрос-ответ» в заданной цепи вопросов по причинно-следственным признакам: дороже или дешевле и почему, быстрее или мед-леннее и почему, подойдет или не подойдет и почему?

К методам аналогий относят методы подражания объектам живой и неживой природы.

Методы подражания объектам живой природы в прошлом и настоящем:

1) биомеханика – воспроизведение в механических устройствах и произ-водственных процессах движений насекомых, птиц и животных;

2) биоархитектура – создание монолитных и сотовых конструкций соору-жений, емкостей и ограждений в подражание термитам, пчелам, паукам, пти-цам и т. д.;

3) палеобионика – использование принципа работы двигательных органов гигантских вымерших животных при создании шагающих экскаваторов, стреловых кранов и манипуляторов и т. д.;

4) антропоморфизация – придание создаваемым объектам внешней фор-мы, аналогичной человеческому облику (роботы);

5) биокинетика – разработка устройств с функциями, аналогичными функциям человеческого мозга: системы автоматического управления и ре-гулирования, САПР, АСУ.

Методы подражания объектам неживой природы:

1) репродукция (воспроизведение очертаний, форм, пропорций и др. осо-бенностей объектов подражания);

2) копирование; модификация (замена отдельных узлов и деталей с целью 3) повышения

надежности или приспособления изделия к более суровым условиям);

4) конвертирование (например, замена эксплуатационных материалов –

перевод двигателей с бензина или дизтоплива на газ, компрессоров с аммиака на фреон и т. д.);

5) реинтеграция (создание нового сложного объекта по подобию с отно-сительно простым объектом (ракетные двигатели подобны паяльной лампе, ковши экскаваторов – лопате, буровые коронки – сверлу и т. д.).

Методы альтернативного поиска – конструирование с образованием альтернативных пар вида «прием-антиприем»:

1. увеличение- уменьшение (например, числа функций или главных па-

раметров, блоков и модулей, пространственное совмещение или разделение). Площадь опорных поверхностей изделий увеличивают с целью снижения

удельных нагрузок или уменьшают для снижения металлоемкости. Создают многоступенчатые и многосекционные конструкции (турбобуры, лопастные насосы, ракеты и т. д .) или простые одноступенчатые и односекционные ло - пастные конструкции (гидромуфты, гидротрансформаторы, турбины и т. д.);

2) гиперболизация-миниатюризация (метод масштабных преобразова

ний): предельное развитие параметрических рядов изделий данного принципа действия в сторону его увеличения или, наоборот, предельное увеличение или уменьшение главного параметра, крупномасштабное воспроизведение технического объекта традиционного принципа действия (гигантские экскаваторы, самолеты, корабли, самосвалы и т. д.) или мелкомасштабное воспроизведение (мини-экскаваторы, мини-автомобили, мини-ЭВМ и т. д.).

Методы инверсии (от латинского inversion – перестановка, обращение) заключаются в поиске решений в направлениях, противоположных традиционным, принимаемым при конструировании данного объекта.

Таблица 1.3

Методы инверсии

№

Вид

Сущность

Область применения

п/п

инверсии

1

2

3

4

1

Инверсия

Преобразование величин тепловых, оп-

Приборы

и

аппаратура

физиче-

тических и др. свойств в величины элек-

управления

и

контроля,

ских

вели-

трических, механических свойств и наобо-

генераторы,

электродвига-

чин

рот

тели

2

Компенса-

Способ поддержания рабочих парамет-

Регулирование

пара-

ции

пара-

ров изделий в требуемых пределах путем

метров машин с помощью

метров

противодействия их изменению с помо-

реостатов,

термостатов,

щью регуляторов

реле и т. д.

3

Инверсия

Изменение направления движения ме-

Транспортные средства,

направле-

ханизмов с помощью специальных уст-

землеройные

машины,

ния

дейст-

ройств (пневматических, механических,

подъемники и т. д.

вия

гидравлических и др.)

4

Инверсия

Преобразование различных видов энер-

Электростанции,

тепло-

энергии

гии в другие виды (дизельные электро-

вые энергоустановки, вы-

станции на буровых)

прямители и т. п.

5

Инверсия

Изменение направленности и характера

Насосы, вибраторы

для

рабочих

протекания процессов преобразования вра-

просеивания

сыпучих

сред,

процессов

щательного

движения

в

возвратно-

разрушение

препятствий,

поступательное и наоборот, превращение

обогрев помещений с по-

побочных вредных процессов в полезные и

мощью выхлопных газов и

т. д.

т. д.

Окончание табл. 1.3

1		2	3			4
6	Компенса-		Создание устройств, устраняющих от-	Насосы с			компенсато-
	ция	поло-	клонения объектов и нейтрализующих	рами, транспортные сред-
	жения объ-		вредное воздействие отклонений	ства	с	амортизаторами
	екта			и т. д.
7	Инверсия		Облегчение деталей путем замены ме-	Корпусные детали, об-
	конструк-		талла на пластмассы	лицовка, емкости и др.
	ционных
	материалов
8	Инверсия		Создание гибких конструкций валов,	Тяжелое			энергетиче-
	свойств		сверл, корпусных деталей для сверхскоро-	ское		машиностроение
	элементов		стных технологических процессов и сня-	(сверхскоростные				турби-
			тия напряжений от вибрации	ны,	скоростная обработка
				деталей)
9	Инверсия		Создание аксиально-поршневых насо-	Гидравлические				маши-
	формы		сов и двигателей, в т. ч. ДВС, двигателей с	ны,	двигатели внутреннего
	элемента		прямоугольными поршнями и т. д. (поиски	сгорания.
			способов улучшения рабочих характери-	Перистальтические на-
			стик, надежности и технологичности)	сосы для перекачки вязкой
				нефти (принцип заимство-
				ван из медицинской и хим.
				промышленности)
10	Компенса-		Метод восстановления форм и размеров	Самозатачивающиеся
	ции	разме-	изделия, изменяющихся при работе, и под-	резцы и коронки, регули-
	ров		держание их в проектных пределах	ровочные прокладки, гид-
				равлические			и пневмати-
				ческие компенсаторы
11	Инверсия		Изменение пространственного распо-	Машиностроение				(рас-
	располо-		ложения объекта для улучшения удобства	точные и др. обрабаты-
	жения объ-		выполнения рабочих процессов, обслужи-	вающие станки как гори-
	екта		вания и эксплуатации	зонтальные, так и верти-
				кальные, в ряде случаев в
				отдельных сборочных еди-
				ницах сопрягаемые детали
				меняют		местами располо-
				жения)

Из табл. 1.3 видно, что метод инверсии заключается в перестановке, обращении функций, форм и расположений конструируемых объектов с це-лью улучшения их использования по назначению. Инвертирование функций деталей может заключаться в превращении ведущей детали в ведомую, направляющей – в направляемую, подвижной – в неподвижную, охватывающей – в охватываемую деталь.

Инвертирование форм деталей – замена внутреннего конуса на наруж-ный конус, выпуклой сферической поверхности на вогнутую поверхность и т. д. Инвертирование расположения деталей – перемещение шпонки с вала на ступицу, бойка с рычага на толкатель и т. д.

Примеры использования методов инверсии можно найти во многих нефтепромысловых машинах: в исполнении приводов штанговых насосов, в насосах, в конструкциях винтовых забойных двигателей (ВЗД) и т. д. В ряде случаев можно использовать совокупность нескольких методов. В частности , в ВЗД можно увидеть сочетание видов инверсии 3, 5, 7, 9 и 11 (см. табл. 1.3).

Методы комбинирования (методы сочетаний, перестановок, размеще-ния и перемещения) – успешно реализуются при применении САПР и заклю-чаются в системном анализе основных признаков изделия: параметров, эле-ментов и связей между ними, и синтезе новых решений.

Метод сочетаний – осуществляется перебор множества признаков объ-екта с образованием ряда разновидностей объекта с тем же общим числом признаков М, из которых часть М_о обновляется.

Если М_о изменяется в пределах 0 ≤ M _o ≤ M , то число теоретически

возможных признаков составит N = 2^M . Из этого числа отбираются для по-следующего анализа варианты, соответствующие исходным условиям задачи и лишенные внутренних противоречий.

Метод перестановок – заключается в переборе множества признаков объекта с сохранением самих этих признаков, но с изменением порядка их расположения попарно.

Метод размещения – заключается в упорядочении исходного множест-ва признаков с использованием двух предыдущих методов.

Метод перемещения – совокупность приемов конструирования с пере-мещением компонента технического объекта в его рамках или на другой объ-ект с сохранением или изменением первоначальных функций. Например, пе-ремещение на другой объект с сохранением функций сервомеханизма с гид-ротурбины на автомобиль; газовая турбина, перемещенная на локомотив, и т. д.; использование центрифуг, центробежных насосов, вентиляторов и др. оборудования в различных объектах разных отраслей промышленности с пе-ремещением с других объектов.

На различных стадиях разработок конструктору приходится решать за-дачи исследовательского характера, экспериментальной проработки отдель-ных решений на макетах, моделях, опытных образцах или путем машинного эксперимента на ЭВМ. Для реализации этих задач используются:

1) математические средства (методы вычислений, математические тео-

рии);

2) логические и языковые средства, применяемые для фиксации ожидае-мых результатов и способов их получения, образования новых понятий, сим-волов и их систем;

3) материальные средства (технические и программные).

К техническим относят средства для вычислительных, чертежно-графических и множительных работ, а также используемые для эксперимен-тальных исследований – стендовые установки для изучения свойств параметров материалов, узлов и агрегатов, компьютеры для численных экспериментов. При использовании технических средств конструирования могут выполняться операции:

1) по непосредственному решению творческих задач;

2) нетворческого характера (подготовка исходных данных, выполнение и

оформление текстовых и графических конструкторских документов и т. п.).

Контрольные вопросы

1. По каким законам развиваются технические системы?

2. Перечислите основные принципы, на которых базируются законы развития техники.

3. В чем выражается взаимосвязь технического творчества, стандарти-зации и экономики конструирования?

3. Процедурные стадии проектирования и виды их обеспечения.

4. Этапы разработки новых изделий. Виды, состав и содержание доку-ментов, разрабатываемых на этих этапах.

3. Чем отличаются логические методы от эвристических методов раз-работки новых идей? Раскройте сущность наиболее распространенных мето-дов.

3. Методы инверсии. Приведите примеры.

4. Технические средства для выполнения проектных работ творческого

нетворческого характера.

7