double arrow

Основные методы и приемы проектирования


При проектировании применяются в основном те же са­мые методы (мозговой штурм, проб и ошибок, сине к тик и, АРИЗ и др.) и приемы (инверсия, дробление и др.) поиска технических решений, что и при решении изобретательских задач. Изменяется только частота применения тех или иных методов и приемов. Проектировщик при этом особое внима­ние уделяет, ранее не имевшим большого значения вопросам унификации, нормализации, технологичности, экономич­ности, преемственности и др. Большое количество приемов поиска TP, известных в настоящее время, вызывает затруд­нение при их применении. Целесообразно их разделение на отдельные группы, по каким-либо признакам. Это позволит быстрее находить нужный прием при решении технических задач. Огромная работа по систематизации приёмов поиска и показателей ТС выполнена Р.П. Повилейко [5]. Эта работа в наибольшей степени ориентирована на её применение при проектно-конструкторской работе, основная задача которой - обеспечение параметров и характеристик ТС, удовлетворяю­щих требованиям ТЗ. Им из литературы по методике конс­труирования и изобретательства выписаны все возможные приемы поиска TP, а также показатели ТС, которые улучша­лись (изменялись) при использовании этих приёмов. Был со­ставлен список из 428 авторских приёмов и 129 показателей. После проведения их сравнительного анализа выделено 223 оригинальных сдублированных приёма и 95 показателей. В результате группировки специальными методами было сфор­мировано 10 групп показателей и 10 основных приёмов-эв­ристик (или принципов). Это позволило создать таблицу 8.1 поиска TP, в строках которой записаны показатели, в столб­цах приёмы - эвристики (по Р.П. Повилейко - это десятичная матрица поиска), в её ячейках записываются идеи решения технических задач. То есть каждая ячейка таблицы опреде­ляет значение какого-либо показателя ТС.




В список показателей Повилейко включил ТТ к ТС, рас­смотренные в § 8.2, а также геометрические (габаритные), фи­зико-механические и другие. Рассмотрим их более подробно.

1. Геометрические показатели - длина, ширина, высо­та, площади сечений, объём, форма, габаритные раз­меры ТС.

2. Физико-механические - масса ТС и её элементов; мате­риалоёмкость, качество материалов, коррозийностой- кость, прочность конструкции и т.п.

3. Энергетические — вид энергии, мощность, тяга, при­вод, КПД и т.п.

4. Конструкционно-технологические - технологичность изготовления ТС, транспортабельность, сложность из­готовления и т.п.

5. Надежность и долговечность.

6. Эксплуатационные показатели - производитель­ность, точность и качество работы, стабильность пара­метров, степень универсальности и т.п.

7. Экономические показатели - себестоимость ТС, тру­дозатраты на производство и эксплуатацию, эффек­тивность ТМ, потери, расходы.



8. Степень стандартизации и унификации.

9. Удобство обслуживания и безопасность - всё, что свя­зано с охраной труда и техники безопасности, эргоно­микой и инженерной психологией, удобством работы, контроля и ремонта, требованиями комфорта (шум, вибрации, влажность, температура, запыленность, ос­вещённость).

10. Художественно-конструкторские - пропорциональ­ность частей ТС, симметрия, гармоничность и т.п.

Рассмотрим табл. 8.1 по всем ячейкам, подбирая приме­ры из различных областей техники. Эти примеры типовые, но не единственно возможные [5].

1. Неология - (от греч. neos+logos - новое слово, новиз­на) - использование процессов, конструкций, форм, матери­алов, их свойств, новых для данной отрасли техники или но­вых вообще. Для этого необходимо найти ТС, разработанную в другой отрасли и для совершенно других целей, и без изме­нений попытаться применить в данных условиях. Неология требует от конструктора широкой общенаучной и общетех­нической эрудиции и информированности. Известно, что в ряде областей техники до 80% конструкторских разработок непатентоспособно, так как применяются ТС, уже кем-то ранее разработанные. Использование готовых разработок сулит высокий экономический эффект, так как не требуется затрат, связанных с разработкой и отладкой этой системы. Наиболее экономично применять ТС в неизменном виде - не случайно широкое распространение во всех отраслях техни­ки получили комплектующие изделия.



Например, на электровозах устанавливаются разработан­ные для общепромышленного применения вспомогательные электрические машины, разработанные для бытовых усло­вий кондиционеры, вентиляторы и др.

Охарактеризуем 10 ячеек неологии.

la • 1. Заимствование, копирование, сохранение чуждых но­вой функции форм. При сохранении неизменным ТЭД применение зубчатой передачи с новым передаточным отношением, позволяющим поднять или понизить ско­рость электровоза. 1[1] • 2. Чаще всего использование новых материалов. Напри­мер, применение электротехнической стали с большим содержанием кремния в ЭМ позволит снизить потери энергии в стали и повысить КПД. 1Э • 3. Использование новых видов энергии для традицион­ных объектов (электромобиль и др.). Г9* 4. Замена механических систем электрическими, опти­ческими, акустическими, пневматическими, введени­ем программного управления и др. 1Э • 5,18 • 6, 1® • 7, 1® • 8 - связаны с применением передового опыта.

1Э • 9. Использование старых известных приёмов для повы­шения производительности труда - музыка, цвета, озе­ленение.

1Э • 10. Например, применение пластификата (сталь с добав­лением пластика) вместо окраски объекта.

 

Неология и адаптация стали основой для повышения темпов развития не только фирм и трестов, но даже целых стран. При этом использовались все дозволенные и недоз­воленные приёмы: от закупки патентов до промышленного шпионажа. Приём адаптации очень прост, поэтому характе­ристику ячеек табл. 8.1 не рассматриваем.

3. Мультипликация - (от лат. multiplication - умноже­ние) - заключается в умножении функций и деталей ТС, по­добных друг другу. К мультипликации относятся приёмы, связанные с увеличением характеристик (гиперболизация) и их уменьшением (миниатюризация). При этом изменение ха­рактеристик ТС должно быть равно или более двух. Переход от модели к реальной ТС - мультипликация. Примеры исполь­зования мультипликации: пирамиды Хеопса, Царь-пушка, небоскребы, телебашни, миниатюрная мозаика, многоосевые электровозы с однотипными осями, гигантские экскаваторы, самосвалы, воздушные и морские лайнеры и т.д.

Рассмотрим отдельные ячейки мультипликации по табл. 8.1.

3*» 1. Дублирование, многократное увеличение размеров сечения площадей, объёмов, увеличение количества деталей конструкции (перфорированные, гофрирован­ные, ребристые конструкции), параллельное и после­довательное соединение элементов; повторение фор­мы (многослойные, многоступенчатые, многоэтажные конструкции).

Зэ • 2. Рост толщины деталей, числа спиц в колесе, перегоро­док жесткости в конструкции и др. З3 • 3. Наращивание энергии, мощности процесса: известный всем «вольтов столб», наборы пластинчатых аккуму­ляторов, многомоторные воздушные лайнеры, элект­ропоезд с распределением двигателей по осям вагонов. 3* • 2. и Зэ • 3 ~ эти приёмы иногда называют приёмами с «по­зиции силы» или «удара в лоб». 3® • 4. Увеличение числа рабочих органов, количества одно­временно обрабатываемых деталей, повторение однотипных технологических операций, многократная пе­регонка фракций, роторно-конвейерные линии. Зэ • 5. Дублирование, резервирование.

3* • 6. и Зэ • 7. Разделение Гуттенбергом цельной гравироваль­ной доски на буквы-литеры привело к возможности их повторного использования, т.е. произошло изобрете­ние печатной машины. 3® • 8. На первый план выходят известные приёмы агрегати­рования и унифицирования, модульное проектирова­ние. Так, в пионерлагере «Артек» из двух типов моду­лей выстроено 70 зданий. 3® • 9. Многостаночное обслуживание, удобная унифициро­ванная рабочая мебель. 3® • 10. Модульная отработка форм, их ритмичное членение, введение элементов симметрии.

4. Дифференциация - (от лат. differentio - различие) - разделение функций и элементов ТС, разнесение этапов про­изводства, рабочего процесса, конструкции в пространстве и во времени.

4®* 1. Дробление формы различными приёмами (электричес­кая машина с коробкой выводов). 4® • 2. Операции с массой и свойствами материалов и ра­бочих процессов ТС: разделяют ТС на «тяжелую» и «легкую» части и делают подвижной только «лег­кую» часть; технологические процессы делят на ряд ступеней; разделяют твердые, жидкие или газооб­разные тела на части; дезинтегрируют уголь, глины, гипс, соль, формовочные смеси, выделяют единствен­но нужное качество. 4® • 3. Разделение перегородками движущегося потока на два или несколько потоков (энергии, воды, воздуха, ин­формации и др.). 4® • 4. Разделение системы на части, соединенные гибкими связями (поезд из связки вагонов, цепочка плотов и др.); разделение ТС на элементы с приближением каж­дого к месту работы (например, на каждой оси электро-

воза устанавливается ТЭД), растяжение ТС - удаление друг от друга элементов ТС. 4Э • 5. Разделение ТС на элементы с облегчением их замены

аналогичными. 4Э • 6. Разделение функций и потребностей с обеспечением их

нужными орудиями труда. 4Э • 7. Специализация ручного инструмента, специализация технологического оборудования, рабочих мест, участ­ков, цехов и предприятий в целом. 4Э • 8. Секционирование и агрегатирование. Агрегатирова­ние станков (рис. 8.3). Сборка станков из отдельных блоков - агрегатирование станков - относят также и к интеграции, так как они облегчают производство дру­гих изделий (другие же конструкции - транспорта, ра­диоаппаратуры при агрегатировании относят к приёму дифференциации). 4Э • 9. Отделение мешающей части, свойства; локализация

«вредных» элементов ТС. ^•10. Тиски со смещенными губками, неравномерность рас­положения фар автомобиля.

5. Интеграция - (от лат. integratio - восполнение) - объ­единение, совмещение, сокращение и упрощение функций и форм элементов ТС в целом - сближаются элементы произ­водства, рабочие процессы, конструкции в пространстве и во времени. Диапазон приёмов интеграции широк — от простей­шего механического соединения до высших форм. Примеры:

- насос + лампа = примус;

- насос + полая игла = медицинский шприц;

- телега + паровой котел = паровая повозка Ж. Кюньо;

- симбиоз технического объекта с живыми организма­ми.

5® • 1. Переход к упрощенным компактным формам; один

объект помещают внутри другого. 5а • 2. Совмещение процессов, связанное с упрощением, ис­ключением ряда промежуточных операций (способ подземной газификации угля, предложенный в 1888 г. Д.И. Менделеевым).


а)

б»



 

 



 

з)

в)

Ф

ш


 

 


в) HiH ^^Шгй'МТШШШ

 

Рис. 8.3. Станки, спроектированные методом агрегатирова­ния на основе узлов базовой модели: а - расточной станок в универсальном исполнении; б-расточной станок переносной; в - сдвоенный расточной станок; г - сдвоенный фрезерный станок на базе расточного; д - силовая расточная переносная головка; е - сверлильный станок без планшайбы (унифициро­ванные узлы показаны одинаковой штриховкой)

 

5э • 3. Введение общего привода; фокусировка электронного пучка набором линз.

5э ■ 4. Соединение устройств, выполняющих смешанные опе­рации, включение одной системы в другую (дизель-ге­нератор); расширение или объединение функций, на­пример одновременное сверление и обточка.

5э • 5. Монолитное устройство делает зачастую ТС надежной: литые станины станков, отливки остовов двигателей.

5э • 6. Универсальные металлорежущие станки.

5э • 7. Экономия от типовой технологии и групповой обработ­ки деталей.

5э • 8. Агрегатирование при проектировании технологичес­кого оборудования и использование только стандарти­зированных и нормализованных элементов.

5э • 9. Совмещение в одном лице функций станочника-опера- ционника и наладчика.

6. Инверсия - (от лат. inversio - переворачивание, пере­становка) - обращение на обратную функции, формы и рас­положения элементов и ТС в целом.

6® • 1. Обращение формы, отказ от традиционных форм (некруглые валы).

6е ♦ 2. Выполнение конструкций прозрачными, преобразова­ние одних физических величин в другие (телефон, ра­дио, электроизмерительная аппаратура).

6Э • 3. Поглощение энергии.

6Э • 4. Конструкция перевертывается «вверх ногами» (враще­ние статора, а не ротора электродвигателя, аэродина­мическая труба, где движется не самолет, а воздух).

6® «5. Дорогая долговечность заменяется дешёвой недолго­вечностью.

6® • 6. Отказ от высокой точности работы машины и её пара­метров; изменение направления движения на противо­положное (французская фирма братьев Пате предложи­ла проигрывать пластинки от края к центру - появился патефон).


6* • 7. Полный отказ от стандартных элементов в конструк­ции.

6* • 8. Заведомо неудобная мебель сокращает время заседания на 30-40 %; использование приёма «клин клином», «перегибание палки», допущение недопустимого. 6Э • 9. Заведомо нефункциональные, подчеркнуто безобраз­ные решения: гротеск в живописи, имитация.

7. Импулъсация - (от лат. impulsus - толчок, побужде­ние к чему-либо, стремление, возбуждение) - импульсное изменение характеристик ТС. Импульс может быть единич­ным или повторяться периодически или апериодически. Импульс позволяет преодолеть вредные стадии процесса на большой скорости с минимальными потерями для ТС - «про­скок».

7Э • 1. Исчезновение формы, объёма, а затем их восстановле­ние (надувные сапоги для перехода рек, озер; надувные матрацы и спасательные круги, рулонные пружины и т.д.).

7Э ■ 2. Импульсно изменяется масса, усилия или другие ха­рактеристики (ловушка для зверей срабатывает под действием массы животных, импульсное регулирова­ние напряжения). 7Э • 3. Шагомер, ручной домкрат, последовательное включе­ние ступеней ракетоносителя, изменение магнитного потока ослаблением тока в обмотке. 79*4. Русская подвижная крепость «Гуляй-город», сброс от­работавшей ступени ракеты, испытательные виброс­тенды.

7Э • 5. Гидродемпфирование колебаний, резиновые маты и

пружины, буферные устройства в поездах. 7® • 6. Действие бумеранга, складная мебель, пантограф элек­тровоза.

7* • 7. Резко возрастающий спрос на изделия под влиянием известных событий (первый человек в космосе и на Луне и т.д.).

7Э * 8. Единые условные единицы времени: секунда, минута,

час, день, декада, месяц, квартал, год, столетие, эра. 7Э • 9. Катапультирование летчика или космонавта. С им- пульсацией (реже с динамизацией) связана группа при­ёмов предварительной подготовки рабочих процессов и действий; аккумулирование энергии (поднимание гру­за); заранее или в ходе процесса введение реагента или элементов, которые затем уничтожаются или изыма­ются (платиновые катализаторы, сборка радиоэлемен­тов на плате с растворяемой впоследствии плёнкой); ТС заранее придаются изменения, противоположные недопустимым (предварительно напряженный желе­зобетон); невысокая надёжность компенсируется лег­ко используемыми или легко заменяемыми рабочими органами (жёсткий металлический диск заложенный внутрь шины, благодаря чему можно ехать на спущен­ной шине без повреждения покрышки).

S. Динамизация - это значит, что характеристики, пара­метры ТС или её элементов должны изменяться на каждом этапе процесса.

8Э* 1. Меняются все геометрические размеры ТС, например,

с его ростом или растворением. 8Э • 2. Меняется масса, агрегатное состояние, температура, цвет основного материала и покрытие (как сигнал об изменении температуры ТС). 8Э • 3. Регулирование мощности электрической в зависимос­ти от нужд потребителя. 8Э • 4. Пружинные, водяные, песочные часы; системы, устойчи­вые только в движении, — гироскопы, велосипеды, гиб­кие эластичные танкеры из синтетических материалов. 8а* 5. Отдыхающие «засыпающие» системы. 8Э« 6. Методы и приёмы для обеспечения «непрерывности полезного действия» - устранение холостых и проме­жуточных ходов; изменение прямолинейного возврат­но-поступательного движения на более выгодное вра­щательное. Изобретение колеса.

8®* 7. Применение «плавающего» курса денежной единицы. 8Э • 8. Опережающая динамическая стандартизация. 8® • 9. Непрерывный контроль за работой ТС - автопилоты, авторулевые.

S'-IQ. Динамическое комплексное искусство на производс­тве с использованием света, музыки, запахов, микро­климата.

9. Аналогия - (от греч. «соответствие») - отыскание сходства, подобия в целом ряде различных ТС. Наиболее «крупные разновидности» этого принципа - технология, биоаналогия и образная аналогия. В технологии решения переносятся из одной сферы в другую. Ф. Цандлер в 1930 г. по аналогии с паяльной лампой создает двигатель ОР-1; А.Ф. Можайский использует при конструировании аэропла­на принцип детского воздушного змея; по аналогии с притя­жением и отталкиванием магнитов в природе была создана Якоби электрическая машина.

Аналоговое моделирование. Биоаналогия - изготовление ТС по аналогии с природными объектами известно давно - легендарные аргонавты плыли за золотым руном на «дере­вянных дельфинах». Наблюдения за кальмарами натолкну­ли французского инженера Ружеро на мысль о разработке атомного подводного грузового судна, движимого реактив­ной силой водяной струи. Образная аналогия - возникает на основе образно-художественного мышления и широкой на­учно-технической эрудиции. Например, образ качающейся люстры Пизанского собора привел Г. Галилея к открытию закономерности движения маятника.

93* 1.Часы, выполненные с различной геометрией корпуса по аналогии, например в форме яйца; коллектор с защемле­нием коллекторных пластин в виде ласточкина хвоста. 9® • 2. Например, замена дефицитного материала - флюса АН-2 - доменным шлаком, предложенная изобретате­лем А. Коренным по внешнему сходству. 9® • 3. Махолёты, планеры с машущими крыльями.

9® • 4. Стопоход - кузнечик П.Л. Чебышева. 9® • 5. Самозатачивающиеся многослойные резцы - по ана­логии с зубами и когтями кошки, у которых твердость возрастает с глубиной елоёв. 9® * 6. Покрытие корпусов подводных лодок, аналогичное по

структуре коже дельфина. 9Э * 7. Экономические расчёты по аналогии. 9® • 8. Сотовые панели, позволившие в 2-3 раза снизить мас­су.

9Э • 9. Маскировка (военные объекты, военная маскировоч­ная под природный цвет одежда и т.п.). 9* • 10. Зажигалка-пистолет, биодизайн, биоархитектура, био­конструирование .

10. Идеализация - представление наилучшего, идеаль­ного решения, к которому необходимо стремиться. 10® • 1. Уменьшение размеров ТС до «исчезновения». 10® • 2. Исключение массы компенсацией - соединение с дру­гими ТС, обладающими подъёмной силой, например трос через пролив удерживается с помощью воздуш­ных шаров. 10® *3. «Вечный» двигатель.

10® • 4. ТС есть и в то же время её как бы нет (нефтяные тан­керы-оболочки). 10® • 5. Надежность и долговечность бесконечно высокая и бесконечно малая (хрупкие противопожарные стёк­ла).

10® • 6. «Удивительные» эксплуатационные параметры. 10® • 7. Стоимость ТС близка к нулю.

10®* 8,10®* 9, 10®* 10 - предлагаются тотальные: стандарти­зация и дизайн в высших формах проявления, а так­же предельная приспособленность ТС к человеку. Рассмотренный метод Р.П. Повилейко в наибольшей степени ориентирован на его использование при проект- но-конструкторских работах. С его помощью могут созда­ваться отраслевые фонды TP путем индексирования и сис­тематизации изобретений, использования описаний TP в

книгах, учебниках, монографиях, справочниках, техни­ческой документации и т.п. В [5] приведен пример запол­нения табл. 8.1 (десятичной матрицы) для отрасли - стан­костроение.

В методике используется много примеров-приёмов, так как из практики творчества вытекает, что наиболее будят фантазию изобретателя не абстрактно сформулированные принципы и приёмы, а принципы-примеры или приёмы- примеры, особенно если они имеют отраслевую направлен­ность.







Сейчас читают про: