Этапы и стадии проектирования

Огромный объем работ, связанный с проектированием и созданием ТС, требует (для снижения риска получения от­рицательного или малоэффективного результата) дифферен­циации процесса создания ТС и участия в нём соответству­ющих специалистов [72, 76]. Обычно процесс создания ТС делят на следующие этапы:

- обоснование необходимости создания ТС на основе про­гнозирования;

- проведение научно-технических исследований;

-разработка конструкторского проекта, изготовление,

испытание и доводка опытных образцов ТС.

Необходимость создания той или иной ТС вытекает из общих условий развития техники. При обосновании необхо­димости нужно учитывать не только требования сегодняш­него дня, но и учитывать возможности изменения техноло­гии в будущем и факторы, влияющие на развитие техники в данном направлении. Для этого используются методы научного прогнозирования технических проблем. Научное прогнозирование, основываясь на объективной оценке воз­можного, является вероятностным суждением о будущем с высоким уровнем достоверности. Оптимальным сроком технического прогнозирования является период в среднем до 15 лет. Достоверность прогнозов на больший период рез­ко снижается. Все методы прогнозирования (известно более 300 методов) основаны на качественном и количественном анализе имеющегося опыта и современного научно-техни­ческого уровня и предусматривают привлечение к разра­ботке прогнозов соответствующих экспертов. Прогнозиро­вание позволяет часто определить необходимость создания тех или иных машин и устройств ещё до возникновения ре­альной потребности в них. Например, анализ роста скоро­стей самолетов, выполненный в 30-х годах XX века, указал на необходимость использования в будущем катапультиру­ющих устройств, которые были созданы много лет спустя, когда повышение скоростей самолетов привело к реальной необходимости их использования.

Тенденция развития современного электровозостроения показывает, что происходит повышение скорости движения поездов. Пассажирские поезда достигают скоростей 250- 350 км/ч. При этом происходит замена коллекторных тяго­вых двигателей, частота вращения которых сдерживается условиями токосъёма на коллекторе, на бесколлекторные двигатели - асинхронные, синхронные (вентильные), реак­тивно-индукторные.

Повышение скоростей движения до 500 км/ч и выше ве­дет к необходимости отказа от колесного железнодорожного транспорта и переходу к бесконтактному движению с маг­нитным подвесом экипажа и линейными тяговыми двигате­лями [79, 80].

На втором этапе создания ТС проводятся научно-исследо­вательские работы по обоснованию основных технических положений, которые будут использованы в ТС. Объём рабо­ты при этом определяется степенью изученности конструк­ции, назначением и условиями работы машины и др. Могут вестись исследования, в зависимости от необходимости, в на­правлении поиска принципа действия ТС; улучшения харак­теристик ТС; проверки возможности использования изделий и материалов, выпускаемых промышленностью; проверки пригодности тех или иных изобретений для данной ТС и т.д.

На основе материалов этих первых двух этапов пишется техническое задание (ТЗ) на разработку машины. Оно отно­сится к конструкторской документации. Этот документ раз­деляет весь процесс создания машины (ТС) на две части: по­исковую, отвечающую на вопросы, нужна ли она и какой она в принципе может быть, и созидательную, отвечающую на вопросы, какой она должна быть и какой она будет реально. С ТЗ наступает третий этап разработки ТС.

Стадии разработки конструкторской документации уста­новлены ГОСТ 2.103-68, входящим в единую систему конс­трукторской документации (ЕСКД). Согласно стандарту устанавливается пять стадий на все изделия всех отраслей промышленности: ТЗ, техническое предложение (ТП), эс­кизный проект (ЭП), технический проект (техпроект), рабо­чий проект - разработка рабочей документации (РП).

ТЗ, разработанное заказчиком ТС, является основным документом для конструктора, определяющим направле­ние его творческого поиска, и обязательно согласовывается с предприятием разработчиком ТС, в котором основными раз­делами являются следующие:

1. Назначение и область применения. Например, для ЭМ областью применения может быть авиация, наземный транспорт, станки, краны и т.п.

2. Тип изделия и его состав. Например, ЭМ коллекторная постоянного тока или асинхронная с короткозамкну- тым ротором.

3. Основные технические данные. Например, для ЭМ данные могут быть следующие:

- мощность в номинальном режиме, кВт;

- напряжение на её выводах, В;

- напряжение на изоляции машины, В;

- форма тока (постоянный, переменный, пульсиру­ющий);

- частота вращения ротора в номинальном режиме, об/мин;

- максимальная частота вращения ротора, об/мин;

- номинальный вращающий момент, Н • м;

-вращающий момент при максимальной частоте

вращения, Н • м;

- система вентиляции;

- ограничение по массе, кг.

4. Габаритные ограничения и присоединительные раз­меры. Указываются максимальные габаритные раз­меры, например той же ЭМ, способ передачи момента с её вала, тип электрических выводов (коробка выво­дов, электрический соединитель или жгут проводов) и другое.

5. Условия эксплуатации. Указывается максимальная высота местности эксплуатации, температура окружа­ющей и охлаждающей среды, механические нагрузки, климатические воздействия, режимы работы.

6. Условия хранения. Задаются сроки хранения, мак­симальная и минимальная температуры, влажность, способ упаковки.

7. Ресурс. Задаются гарантийная наработка (в часах) и ре­сурс (в годах) до первого ремонта, число допустимых ремонтов и общий назначенный ресурс машины.

8. Требования к надежности. Оговаривается частота отка­зов, длительность бесперебойной работы между отказа­ми и др. Отказ - вынужденная остановка машины.

9. Конструктивные требования. Они включают обеспе­чение удобства обслуживания, защиту от повреждения при эксплуатации, ремонтопригодность, обеспечение необходимой серийности производства, комплекта­цию запасными частями и т.п.

На основании ТЗ конструкторы-разработчики готовят ТП, которое должно содержать:

-указание и обоснование принципиального устройства машины;

- сравнительную оценку наиболее целесообразных вари­антов технических решений с учетом эксплуатацион­ных и конструктивных особенностей;

- технико-экономическую оценку принятого решения;

- оценку надежности; необходимости эксплуатационной проверки;

- объём и стадийность разработки проекта.

В зависимости от сложности конструкции или личного опыта конструктора, или других обстоятельств в ТП может быть принят различный объём работы:

- трёхетадийныйу включающий ЭП, техпроект и РП;

- двухстадийный, состоящий из техпроекта и РП;

- одностадийный, содержащий лишь рабочее проекти­рование.

На стадии ТП, когда решаются принципиальные вопросы будущей машины, численность конструкторского коллекти­ва при этом минимальна и включает руководителя проекта, его помощников, ведущего конструктора расчетчика. После утверждения ТП оно является основанием для выполнения дальнейших стадий разработки проекта.

ЭП представляет собой комплекс конструкторских до­кументов, дающих общую картину устройства и принципа работы, назначения, основных параметров и габаритных размеров машины. Для проверки принципов работы отде­льных узлов машины, утвержденных в ТП, в ЭП выполня­ются чертежи макетов этих узлов. Состав конструкторской документации на стадии ЭП следующий:

- общий вид машины (эскизный);

- кинематическая схема;

- общие виды основных узлов;

- пояснительная записка, включающая:

а) техническую характеристику машины (назначение, габариты, масса, мощность, производительность, ре­жимы работы и т.п.);

б) описание конструкции машины с указанием её особен­ностей;

в) расчет технико-экономических показателей и сравне­ние их с показателями лучших машин;

г) расчеты кинематические, динамические, прочност­ные, электромагнитные, тепловые и др.

На стадии ЭП общий вид машины чаще всего выполня­ется в виде схематической компоновки узлов, агрегатов, механизмов. Иногда сюда же включаются кинематические, гидравлические, электрические и другие схемы, поясняю­щие принцип работы машины. В состав ЭП при необходи­мости могут включаться чертежи принципиально новых узлов и механизмов, поясняющих устройство объекта. Тех­нико-экономические расчеты проводятся для обоснования целесообразности создания новой машины. На последних стадиях проектирования этот вопрос ещё раз уточняется.

Экономическая оценка производится в следующей после­довательности:

- выбор объектов для сравнения и оценки прогрессивнос­ти технических параметров;

- расчет годовой производительности;

- расчет и сопоставление затрат;

- расчет и сопоставление эксплуатационных расходов различных вариантов машины;

- расчет экономического эффекта;

- итоговая оценка экономичности новой конструкции и её прогрессивности.

На стадии ЭП в состав конструкторского коллектива включаются ведущие конструкторы и старшие инженеры, выполняющие чертежи общих видов машины в целом и со­ставных частей, принципиальные схемы, расчеты, состав­ляющие пояснительную записку. Использовать на данной стадии для работы конструкторов более низкой квалифика­ции затруднительно.

После согласования и утверждения ЭП приступают к раз­работке тпехпроекта. На этой стадии все конструктивные решения должны разрабатываться полностью. Конструктор­ская документация должна давать окончательное представ­ление об устройстве машины и все данные для разработки рабочей документации. Должны быть включены прочнос­тные расчеты основных элементов конструкции. В состав конструкторской документации техпроекта входят:

а) чертежи общего вида;

б) чертежи общих видов узлов машины: кинематические, электрические, гидравлические и др. схемы; перечень комплектующих изделий, перечень специального инс­трумента и запасных частей;

в) пояснительная записка с разделами:

-назначение и область применения разработанной ма­шины;

- обзор существующих образцов машин подобного назна­чения; сравнение их по конструктивным особенностям

и эксплуатационным показателям;

- краткое описание конструктивных особенностей новой машины;

- техника безопасности и производственная санитария;

- расчет масштаба производства новых машин и эффек­тивности от их внедрения.

При разработке техпроекта характер и состав разрабаты­ваемой конструкторской документации позволяет использо­вать труд менее квалифицированной части конструкторов, что приводит к росту численности рабочего коллектива. Кроме ведущих расчетчиков и конструкторов на этой стадии могут принимать участие инженеры и техники, хотя объём таких проектных работ ограничен.

Утвержденный техпроект является основой для перехо­да к окончательной стадии проектирования - РП, в котором предусмотрена полная детализация конструкции машин, путем разработки чертежей на каждую деталь. Состав конс­трукторской документации РП:

1. Чертежи общих видов.

2. Чертежи узлов и деталей.

3. Спецификация деталей.

4. Кинематические, электрические и другие схемы.

5. Пояснительная записка с техническими характерис­тиками и поверочными расчетами узлов и деталей.

6. Проект ТУ на изготовление, приемку, упаковку и транспортировку машины.

7. Ведомости ориентировочных норм расхода материа­лов, стандартных и нормализованных деталей и узлов, покупных деталей и узлов и другое.

8. Технический паспорт и инструкция по эксплуатации, уходу и монтажу (с пояснительными схемами и черте­жами).

9. Ведомость согласования комплектующих изделий.

10. Проект программы испытаний.

РП является заключительной стадией проектирования, включающей наибольшее число конструкторских докумен­тов, в том числе полную детализацию конструкции. Эти до­кументы должны удовлетворять требованиям ЕСКД. В про­екте должно быть предусмотрено оптимальное применение стандартных и покупных изделий; рациональное ограни­чение номенклатуры резьб, размеров, марок и сортаментов материалов и покрытий, необходимая степень взаимозаме­няемости. Количество общих видов и сборочных чертежей должно быть минимальным, но достаточным для проведе­ния по ним сборки. Должны быть проверены базовые разме­ры, рассчитаны размерные цепи и т.п.

Чертежи деталей в РП составляют примерно 60-80 % от общего количества конструкторской документации. Эти чертежи - основа истинного воплощения замысла в метал­ле, определяющие работоспособность и надежность будущей машины.

На стадии рабочего проектирования все принципиаль­ные вопросы конструкции разрешены и к разработке черте­жей деталей и узлов привлекаются менее квалифицирован­ные конструкторы и чертежники. Конструкторы высокой квалификации руководят ими. На всех стадиях инженеры- расчетчики выполняют весьма ответственную часть работы, обеспечивающую точность выполнения ТЗ.

Изготовление, испытание и доводка являются заверша­ющим этапом в создании новой машины, которая вначале изготавливается в од ном-двух образцах. И только после ис­пытаний и устранения обнаруженных недостатков она пере­даётся в серийное производство.