|
Архитектура Аудит Военная наука Иностранные языки Медицина Металлургия Метрология Образование Политология Производство Психология Стандартизация Технологии |
|
|
Архитектура Аудит Военная наука Иностранные языки Медицина Металлургия Метрология Образование Политология Производство Психология Стандартизация Технологии |
Етап 2. Уточнена постановка задачі
Операція 2.1. Аналіз функцій прототипів і побудова поліпшених функціональних структур Розділення вихідного прототипу – підйомника – на неподільні елементи і визначення їх найменувань було проведено в операції 1.1 (див. також рис. 1.1). Розглядуваний ТО пов’язаний зовнішніми безпосередніми впливами із: елементом „партія стальних деталей масою 200 кг” (ез.б1), які він підіймає на задану висоту, виконуючи зовнішню функцію; підлогою цеху (ез.б2), на якій він установлений; ТС „розподільний електрощит” (ТСз.б1) – забезпечує живлення електродвигуна підйомника; людиною – оператором (Лз.б1) – керує роботою підйомника, здійснює його завантаження і розвантаження. Впливи на підйомник інших факторів НС, людей та ТС для нашої задачі несуттєвими і ними можна знехтувати. Головним елементом розглядуваного ТО є контейнер 7 (е0), функція (ф0) якого аналогічна зовнішній функції підйомника – „вертикальне транспортування стальних деталей загальною масою 200 кг на висоту 4 м зі швидкістю 1 м/с”. Позначення і функції решти елементів ТО наведені в табл. 1.2.
Таблиця 1.2 Аналіз функцій ТО „підйомник”. Зовнішня функція ТО (Ф) вертикальне транспортування стальних деталей загальною масою 200 кг на висоту 4 м зі швидкістю 1 м/с
Продовження табл. 1.2
а) Вихідний прототип можна удосконалити шляхом установки додаткових елементів: кінцевого (шляхового) перемикача (е8), що забезпечує розмикання електричного ланцюга живлення електродвигуна 6 в момент досягнення платформою 2 верхнього граничного положення, в якому вона повинна зупинитись, а також упорів (е9) для фіксації контейнера 7 на платформі 2 під час підйому. Потреба у фіксації контейнера, обумовлена конструктивною модернізацією платформи, яка виконана з похилою верхньою поверхнею для забезпечення легкого завантаження і розвантаження контейнера одним робітником. З цією метою контейнер додатково оснащений колесами, які дозволяють закочувати його заповненого партією деталей на платформу, після чого упори переводяться у позицію фіксації. Далі на позиції розвантаження інший робітник переводить упори у позицію зняття фіксації і контейнер без сторонньої допомоги скочується на підлогу 2-го ярусу. Додаткові елементи і їх функції також отримують позначення і вносяться в табл. 1.2. На рис. 1.4 наведений один з варіантів поліпшеної ФС підйомника, яких може бути нескінченна множина. Поліпшені ФС будуються також для мостового крана та стрічкового конвеєра Операція 2.2. Аналіз функцій надсистеми технічного об’єкта а - б) Для підйомника, що удосконалюється надсистемою найближчого ієрархічного рівня є механооброблювальний цех. До елементів цеху, з якими безпосередньо зв’язаний підйомник можуть відноситись: промисловий робот (ПР), який знімає оброблені деталі з металорізального верстата 1-го ярусу і складає їх у контейнер, що буде транспортуватись підйомником; перекидний пристрій – автоматизований або з ручним керуванням, за допомогою якого на 2-му ярусі цеху деталі з контейнера зсипаються у чашу вібробункера. в) Розглядуваний підйомник може бути вилученим з описаної вище надсистеми, якщо ПР, який завантажує деталі в контейнер має достатнє число ступенів вільності і виліт руки або достатній вертикальний хід руки, що дозволяє йому після завершення технологічного процесу обробки на верстаті 1-го ярусу піднімати деталі на 2-й ярус і скидати їх в чашу бункера. В цьому випадку ПР передається функція не тільки підйомника, але і перекидного пристрою, який також стає непотрібним. г) Якщо наявний ПР не має описаних вище можливостей може бути проведена його необхідна модернізація або придбаний новий ПР, який відповідає зміненим потребам. В подібній ситуації попередня постановка задачі формулюється таким чином: Дано: а) Якісний та кількісний опис функції ПР – табл. 1.3.
Таблиця 1.3 Опис зовнішньої функції ПР
б) Перелік прототипів ТО з описами та списками вимог до них. Основними прототипами ТО для виконання описаної вище функції є: вихідний прототип - ПР, що працює в циліндричній системі координат, створений на основі наявного ТО (рис. 1.5, а) і має захват 1, руку 2, а також поворотний вертикальний стояк 3, довжина якого збільшена для забезпечення можливості підйому заготовок з 1-го на 2-й ярус цеху (стрілками показані напрямки можливих переміщень рухомих елементів ПР); ПР, що працює в сферичній системі координат (рис. 1.5, б) і містить захват 1, руку 2, стояк 3, а також додаткову гойдальну ланку 4 (довжина елементів 2, 3, 4 повинна відповідати заданій висоті підйому деталей); ПР типу Spine, що працює в сферичній системі координат (рис. 1.5, в), гнучкий елемент 5 якого складається з великої кількості сочевицеподібних стальних елементів 6, з’єднаних тросами 7 (див. виносний елемент І), завдяки чому при натягуванні тросів з різними зусиллями, що здійснюється чотирма гідроциліндрами, захват ПР повертається і переміщується в задану точку простору.
в) Списки недоліків прототипів. Основними недоліками 1-го прототипу (див. рис. 1.5, а) є: 1. Необхідність проведення проектних розрахунків, виготовлення і заміни стояка 3 та основи, виходячи з умови забезпечення підйому деталей на висоту 4 м. 2. Зростання у порівнянні із наявним ПР витрат на експлуатацію, ремонт та обслуговування, можливе зниження точності позиціювання, надійності та терміну служби ТО. 3. Значні витрати часу та електроенергії на переміщення кожної окремої деталі (даний недолік є загальним для всіх трьох прототипів). Для додаткових прототипів (див. рис. 1.5, б, в) серед основних недоліків слід також назвати: 1. Значні витрати на придбання ПР, його транспортування, монтаж та введення в експлуатацію. 2. Необхідність додаткового навчання наладчика вихідного ПР для обслуговування ним нового, складнішого ТО або підготовки ще одного наладчика більш високої кваліфікації. Головними недоліками для всіх прототипів є значне зростання витрат часу та електроенергії для переміщення партії деталей масою 200 кг, а також необхідність у великих витратах на модернізацію існуючого або придбання нового ПР. Усунення цих недоліків і є метою розв’язання задачі. Вимагається: Змінити конструкцію вихідного прототипу або придбати один з додаткових прототипів, щоб при умові виконання функції вертикального транспортування стальних деталей загальною масою 200 кг на висоту 4 м зі швидкістю 1 м/с, а також задоволення установлених вимог, загальні витрати були б мінімальними, а негативний вплив на людину-робітника та НС - найменшим. Сукупний аналіз та порівняння прототипів ПР і модернізованого підйомника виявляють перевагу останнього, оскільки у випадку його виключення витрати часу та електроенергії на транспортування партії деталей зростають, тоді як капітальні і експлуатаційні витрати є відповідними або більшими. У зв’язку із вищевикладеним, передача функції розглядуваного ТО одному з елементів найближчої вищої за ієрархією надсистеми представляється недоцільною. Операція 2.3. Визначення причин виникнення недоліків та можливостей їх усунення Таблиця 1.4 Аналіз причин виникнення недоліків підйомника та можливостей їх усунення
Продовження табл. 1.4
Операція 2.4. Виявлення та аналіз протиріч удосконалення а) Серед недоліків підйомника з критеріями досконалості пов’язані недоліки пп. 2, 3 і 6 (див. операцію 1.4). При цьому в пп. 2 і 3 недоліки характеризуються кількісними величинами, а в п. 6 – якісними. б) При застосуванні більш дешевих (а отже і менш якісних) матеріалів, вузлів та комплектуючих, а також зі зменшенням витрат на реалізацію технологічних процесів обробки та складання, погіршуються технічні та експлуатаційні характеристики окремих елементів та ТО в цілому, в тому числі і такі критерії досконалості, як довговічність, безвідмовність, надійність, термін служби. Якщо ж ставиться і реалізується вимога збереження довговічності та надійності ТО при мінімальних витратах на його виготовлення, то це, як правило, приводить до зростання загальної маси та зниження енергоємності. Зниження енерговитрат під час роботи підйомника, а також рівня шуму та вібрацій, загальних витрат на експлуатацію та обслуговування, амортизаційних відрахувань можна досягти при реалізації і застосуванні спеціальних заходів та пристроїв: електродвигуна з більшим ККД (дорожчого двигуна), систем заглушення шумів та зменшення амплітуди вібрацій, більш надійних та довговічних (а отже і дорожчих) виконавчих елементів підйомника, своєчасного та якісного проведення всіх операцій з технічного обслуговування та ремонту. Зрозуміло, що в результаті здійснення всього названого, знов таки, зростає загальна вартість ТО. Підвищення рівня механізації та автоматизації ТО пов’язане із необхідністю впровадження пристроїв та приладів механізації та автоматизації основних та допоміжних операцій виконуваних при роботі підйомника. Як і в попередніх випадках це обумовлює збільшення загальної вартості технологічного комплексу для підйому деталей, а також витрат на його експлуатацію. Таким чином, поліпшення вказаних критеріїв досконалості обмежується умовами забезпечення і поєднання оптимальних продуктивності, точності, надійності, довговічності, терміну служби, матеріало- та енергоємності, загальної вартості, експлуатаційних витрат, а також привабливого зовнішнього вигляду. в) На рис. 1.6 наведені якісні залежності експлуатаційних витрат, довговічності та матеріалоємності підйомника від витрат на матеріали, з яких виготовляються його елементи.
Операція 2.5. Розробка ідеального технічного розв’язку та уточнення списків вимог до прототипів Опис ІТР підйомника виглядає приблизно таким чином. Після завершення процесу механічної обробки деталей та їх звільнення із затискного пристрою металорізального верстата, вони під дією власної сили тяжіння падають, скочуються або сковзають у контейнер, установлений на платформі підйомника, при цьому мінімальна сила ударів деталей усуває їх навіть незначне пошкодження. Марка матеріалу та розміри контейнера та платформи обрані з умов забезпечення мінімальної можливої маси, транспортування заданої партії деталей, а також максимальних довговічності та надійності. Розміри та матеріал ферми визначаються вимогами стійкості платформи під час переміщення, заданою висотою та швидкістю підйому. Діаметр тросів та шківів мінімальний, їх тертя та знос відсутні. Електродвигун має оптимальну потужність, ККД, що наближається до одиниці, необмежений термін служби без обслуговування та ремонту. Розміри електродвигуна залежать від мінімально необхідних розмірів барабанів, які він приводить в обертання. При роботі електродвигуна повністю відсутні шум, вібрація, теплове випромінювання. Під час функціонування підйомника у людини немає потреби знаходитись біля нього. Вмикання електродвигуна відбувається автоматично в момент завершення скидання в контейнер останньої деталі партії, вимикання також автоматичне – при досягненні платформою верхнього граничного положення. В момент завершення підйому контейнер автоматично перекидається і деталі пересипаються в чашу вібробункера. Подається сигнал на повернення платформи із контейнером у вихідне нижнє положення, після чого цикл роботи підйомника повторюється. На основі сформульованого ІТР можуть бути посилені вимоги до забезпечення мінімальних матеріалоємності підйомника, витрат енергії та загальної вартості, максимальних енергоємності, надійності, довговічності, терміну служби, продуктивності та точності роботи, зручності та легкості технічного обслуговування і ремонту, керування та регулювання, мінімізації негативного впливу на людину та НС (зменшення шуму, вібрацій, теплового випромінювання), підвищення рівня механізації та автоматизації, простоти конструкції та виготовлення, естетично гармонійного зовнішнього вигляду і оптимальної ергономіки, які сприяють максимально ефективному та тривалому використанню ТО. Операція 2.6. Поліпшення інших параметрів технічного об’єкта а - б) В певній мірі вартість модернізації підйомника можна знизити шляхом використання при проектуванні і виготовленні його елементів наявного на підприємстві програмного комп’ютерного забезпечення, технічної документації, основного технологічного та допоміжного обладнання, інструмента і пристосувань. Підвищення продуктивності підйомника можна досягти при установленні електродвигуна з більшою ніж у вихідного номінальною частотою обертання вала. З цією ж метою - збільшення продуктивності - доцільно замість одної установити дві платформи 5, що переміщуються у протиході (рис. 1.7), а привод здійснити від електродвигуна 3 через зірки 2 та ланцюги 4. Такий підйомник може забезпечувати переміщення деталей, що надходять від двох металорізальних верстатів. Більш повно використати енергію, що витрачається і тим самим підвищити загальну ефективність підйомника можна також при завантаженні його і на етапі холостого ходу платформи у нижнє вихідне положення, для спуску з 2-го на 1-й ярус тих чи інших вантажів (наприклад, відходів виробництва). Таким чином, в якості додаткового критерію досконалості можна запропонувати вимогу максимально повного завантаження підйомника при виконанні всіх рухів і використання при цьому всієї потужності електродвигуна.
Операція 2.7. Уточнена постановка задачі В результаті сукупного аналізу отриманих при виконанні операцій 1-го і 2-го етапів постановки задачі даних щодо вихідного поліпшеного та додаткових прототипів ТО, яким може бути передана функція вихідного прототипу, а також ІТР, робимо остаточний висновок, що для усунення описаної вище проблемної ситуації найбільш доцільно використовувати модернізований підйомник, який у порівнянні із іншими прототипами при умові виконання заданої функції, має достатню ефективність (високі продуктивність, енергоємність, надійність, довговічність, ремонтопридатність, термін служби, низькі металомісткість, експлуатаційні витрати, загальну вартість, при допустимому негативному впливі на людину та НС, оптимальних ергономіці і естетичних параметрах), однакове або менше число приблизно адекватних за значимістю недоліків, що можуть бути усунені, - і при цьому витрати на його удосконалення менші, ніж на реалізацію інших ТО аналогічного призначення. Слід також відмітити, що у випадку потреби є реальні можливості для значного підвищення продуктивності підйомника і більш повного використання його потужності. При необхідності даний ТО може бути наближений до ІТР.
1.4. Варіанти індивідуальних практичних завдань з постановки та аналізу задачі інженерної творчості Виконати постановку та аналіз задачі інженерної творчості за наведеною нижче умовою. 1. В цеху завода використовується промисловий робот, який функціонує в циліндричній системі координат з максимальним кутом повороту відносно вертикальної осі 270°. Необхідно забезпечити маніпулювання заготовками в замкненій циліндричній системі координат. 2. Промисловий робот функціонує в прямокутній системі координат. Необхідно забезпечити обслуговування технологічного обладнання в циліндричній системі координат. 3. Промисловий робот призначений для переміщень відносно вертикальної осі заготовок з максимальною масою 10 кг. Необхідно забезпечити можливість маніпулювання заготовками масою 15 кг. 4. Захват промислового робота призначений для захоплення циліндричних заготовок максимальним діаметром 80 мм. Виникла необхідність забезпечити автоматизоване маніпулювання заготовками діаметром 150 мм. 5. Промисловий робот обслуговує 1 металорізальний верстат. Необхідно розширити програму випуску деталей за рахунок включення до виробничого комплекса ще одного верстата і забезпечити його автоматичне обслуговування. 6. Промисловий робот здійснює передачу заготовок між двома верстатами на відстань до 750 мм. Внаслідок перепланування цеху відстань між верстатами збільшилась до 1500 мм. Необхідно забезпечити автоматичну передачу заготовок між верстатами. 7. Гідравлічний захват промислового робота забезпечує максимальне зусилля затиску заготовки в 1000 Н. Виникла потреба збільшити це зусилля в 2 рази. 8. Максимальна швидкість переміщення захвату промислового робота відносно горизонтальної осі складає 0,5 м/с. Необхідно збільшити її до 1,5 м/с. 9. Промисловий робот стаціонарного типу обслуговує 1 верстат. Необхідно перевести вказаний робот на обслуговування 5 верстатів, установлених в лінію. 10. Стрічковий конвеєр здійснює транспортування деталей масою 5 кг. Необхідно перевести цех на випуск деталей масою 8 кг. 11. Стрічковий конвеєр обслуговує лінію з 10 верстатів. Виникла потреба забезпечення переміщення заготовок між двома паралельними лініями (по 10 верстатів в кожній лінії). 12. Електропіч здійснює нагрів заготовки до заданої температури за 20 хв. Необхідно в 2 рази підвищити швидкість нагріву. 13. Міст витримує постійне навантаження в 10 т. Необхідно в цьому ж місці забезпечити транспортний потік з навантаженням в 20 т. 14. Мостовий кран розрахований на максимальний вантаж масою 500 кг. Виникла потреба в підйомі вантажів масою до 800 кг. 15. Кроковий електродвигун здійснює поворот вхідного вала коробки подач фрезерного верстата з частотою 1000 Гц. Необхідно в 2 рази збільшити вказану частоту 16. Шляховий перемикач переміщень столу фрезерного верстата спрацьовує за 0,5 сек. Необхідно підвищити його швидкодію вдвічі. 17. Електроустановка спроектована для роботи при температурі навколишнього середовища не вище 20 °С. Виникла потреба використовувати вказану установку при температурах до 40 °С. 18. Зусилля на штоці гідроциліндра установки складає 1000 Н. Виникла необхідність збільшити згадане зусилля в 2 рази при незмінних габаритних розмірах установки. 19. Кран-балка призначена для підйому вантажів масою до 300 кг. Необхідно збільшити максимальну масу вантажу, що піднімається, до 600 кг. 20. Коробка швидкостей верстата забезпечує максимальну частоту обертання шпинделя в 1500 об/хв. Необхідно розширити діапазон частот до 1800об/хв. 21. Рукав високого тиску розрахований на максимальний тиск в гідросистемі до 8 МПа. Необхідно збільшити тиск в гідросистемі до 12 МПа. 22. Максимальний діапазон спрацьовування запобіжного клапана може змінюватись від 0 до 10 МПа. Виникла потреба розширити зазначений діапазон до 15 МПа. 23. Привод шнека-змішувача включає електродвигун, плоскопасову передачу та черв’ячний редуктор, вихідний вал якого з’єднується зі шнеком за допомогою пружної муфти з тороподібною оболонкою. В процесі роботи бункер змішувача завантажується на 1/3 свого максимального робочого об’єму. Необхідно збільшити продуктивність змішувача в 2 рази. 24. Зубчасте колесо фіксується на валу редуктора за допомогою шпонки, розрахованої виходячи з колової сили 2000 Н. Внаслідок зміни умов експлуатації редуктора колова сила на вказаному валу збільшилась вдвічі. 25. Набір плоских пружин задньої підвіски автомобіля розрахований на максимальне навантаження у 800 кг. Виникла потреба збільшити згадане навантаження до 1200 кг. 26. Два кулькових радіально-упорних підшипники вала циліндричного косозубого редуктора працюють з еквівалентним навантаженням в 3000 Н, яке є для них розрахунковим. Необхідно забезпечити можливість використання даного редуктора в приводі, при роботі якого еквівалентне навантаження на вказаному валу збільшилось до 5000 Н. 27. Стелажі складального приміщення призначені для зберігання на них пластмасових деталей. Виникла потреба тимчасово розташувати в приміщенні партію сталевих деталей. 28. Температура масла в корпусі черв’ячного редуктора на 10 °С нижча допустимої. Потужність на швидкохідному валу редуктора збільшилась в 1,3 раза. 29. Транспортні доріжки з гумовим покриттям в цеху завода експлуатуються з граничним допустимим навантаженням. Внаслідок зміни номенклатури виробів, що випускаються в цеху сумарна вага партій заготовок, що транспортуються збільшилась в 1,5 раза. 30. Бункерний живильник з електромагнітним приводом, спроектований для автоматизованої подачі в робочу зону верстата пластмасових заготовок у формі ковпачків. Виникла потреба автоматизувати подачу сталевих заготовок аналогічної конфігурації та розмірів. 31. Жорстко закріплена одним кінцем горизонтальна ферма зварена з кутників і розрахована на зосереджене навантаження на вільному кінці 10кН. Виникла необхідність збільшити вказане навантаження у 1,5 рази без зміни габаритних розмірів ферми. 32. Підвищити довговічність опорних поверхонь напрямних столу фрезерного верстата. 33. Збільшити пропускну спроможність фермового металевого моста при наявності подвійного запасу міцності його опор. 34. Збільшити в 2 рази максимальну подачу радіально-свердлильного верстата. 35.Забезпечити 3-ступінчасте регулювання швидкості лінійного переміщення виконавчого елемента верстата, якщо його привод містить електродвигун, насос та гідроциліндр. 36. Забезпечити зворотно-гвинтові рухи виконавчої ланки машини, що має гідравлічний привод. 37. Стрічковий конвеєр забезпечує транспортування заготовок з 1-го на 2-й ярус цеху, на висоту 5 м. Після введення додаткової операції механічної обробки виникла потреба у переміщенні тих же самих заготовок у зворотному напрямку.
2. Морфологічний аналіз та синтез технічних розв’язків 2.1. Морфологічна комбінаторика Метод морфологічного аналізу та синтезу відноситься до евристичних методів ІТ [1]. Розроблений він був у 30-х рр. ХХ в. швейцарським астрономом Ф. Цвіккі для створення астрономічних приладів. Однак практичну перевірку метод вперше пройшов у 1942 р., коли Цвіккі, працюючи в той час в американській авіаційній фірмі за короткий термін запропонував декілька десятків перспективних ТР, пов’язаних із ракетами та ракетними двигунами. Як пізніше виявилося деякі з них випередили найновіші розробки німецьких ракет ФАУ-1 і ФАУ-2. Розглядуваний метод оснований на морфологічній комбінаториці. Суть його полягає в тому, що в ТО, який удосконалюється, виділяються функціональні, принципові або конструктивні ознаки. Далі для кожної з ознак розробляються варіанти її реалізації. Поєднуючи останні між собою в різних комбінаціях отримуємо множину ТР, в тому числі і тих, що представляють практичний інтерес. Для прикладу в табл. 2.1 наведені конструктивні ознаки та альтернативні варіанти їх реалізації для ТО „слюсарний напилок” (схеми для деяких з альтернативних варіантів напилка зображені на рис. 2.1, 2.2). Якщо з кожного рядку таблиці взяти по одному з альтернативних варіантів і об’єднати їх між собою отримаємо варіант ТР. Кожен з альтернативних варіантів має позначення, що складається з розділених крапкою номерів рядка і стовпця, в яких він знаходиться. Таким чином, кодом (1.3, 2.1, 3.4, 4.5, 5.5, 6.3) позначений ТР, що являє собою напилок з подвійною дрібною насічкою, із загартованою робочою частиною прямокутного поперечного перерізу, без рукоятки, тобто – надфіль. Загальне число можливих конструкцій напилка, які можна синтезувати за допомогою табл. 2.1 підраховується як добуток чисел альтернативних варіантів в рядках: 4·4·5·5·4·5 = 8000. З розглянутого прикладу зрозуміло, що загальна послідовність методу включає етапи підготовки форми морфологічної таблиці, заповнення її альтернативними варіантами реалізації функціональних, принципових або конструктивних ознак ТО і вибору серед всієї множини можливих комбінацій найбільш ефективних ТР. Морфологічні методи отримали широке розповсюдження в 50-60-х рр. ХХ в. у СРСР, США і Західній Європі. Ф. Цвіккі розробив декілька модифікацій свого методу. Одна з модифікацій була використана У.Г.Зіннуровим для розробки морфологічної таблиці технологічних принципів обробки металів (див. табл. 2.2), яка містить понад 3 млн. варіантів комбінацій. За допомогою морфологічних методів можна удосконалювати не лише ТО, а і технічні процеси (ТП). В останньому випадку до таблиці включаються альтернативні варіанти реалізації операцій ТП.
Таблиця 2.1 Морфологічна таблиця ТО „слюсарний напилок”
Таблиця 2.2 Морфологічна таблиця технологічних принципів обробки металів
Продовження табл. 2.2
Нами вивчається модифікація методу основана на функціональному підході, коли в якості ознак розглядаються функції елементів ТО, а альтернативними варіантами є можливі ТР з реалізації функцій.
2.2. Метод морфологічного аналізу та синтезу технічних розв’язків Метод морфологічного аналізу та синтезу ТР реалізується в п’ять етапів, розглянутих нижче.
2.2.1. Постановка задачі Методика попередньої та уточненої постановки задачі пошуку ефективних варіантів ТР наведена у розд. 1.1 і розд. 1.2.
2.2.2. Вибір критерію досконалості варіантів технічних розв’язків Додатково в якості параметра порівняння для визначення серед допустимих варіантів ТР найкращого необхідно обрати один з критеріїв досконалості (див. розд. 1.1.4). Допустимими варіантами називають ТР, що відповідають основним вимогам.
2.2.3. Побудова функціональних структур прототипів технічного об’єкта Послідовність побудови ФС детально розглянута у перший частині посібника [1], а також в розд. 1.2.1. На рис. 1.4 наведений приклад ФС підйомника. Слід мати на увазі, що оптимальне число елементів, на яке треба розділити ТО повинно бути не меншим трьох, але не більшим десяти. Інколи та чи інша внутрішня функція може бути дуже складною і, в зв’язку з цим, якщо передати її виконання одному елементу, при подальшому синтезі варіантів ТР можуть виникати труднощі. З метою їх уникнення рекомендується для виконання такої функції передбачувати декілька простих елементів замість одного складного. При розв’язанні задач ІТ взагалі і з використанням методу морфологічного аналізу та синтезу зокрема рекомендується виділяти в ТО, що удосконалюється, в першу чергу уніфіковані, стандартизовані та нормалізовані елементи, для яких відомі такі параметри, як маса, вартість і т.д. У подальшому варіанти ТО, що містять значну кількість таких елементів досить просто і швидко порівнюються між собою за сумарними параметрами вартості, маси і інших. Після виконання даного етапу для кожного прототипу отримують одну або декілька ФС, в тому числі і поліпшених. При цьому для ТО певного призначення, особливо для конструктивно складних, доцільно укласти та використовувати каталог ФС.
2.2.4. Укладання морфологічних таблиць Четвертий етап складається з трьох операцій. 2.2.4.1. Заготовка формуляра таблиці Морфологічну таблицю будують на основі ФС. Число її стовпців відповідає числу функціональних елементів – внутрішніх функцій ТО. В заголовках стовпців вказуються позначення та описи функцій. Формуляр укладається таким чином, щоб стовпці функціонально пов’язаних між собою елементів були, по можливості, сусідніми. Вже на етапі створення формуляра оцінюється доцільність включення до таблиці того чи іншого стовпця. Справа в тому, що для деяких функцій запропонувати альтернативні варіанти їх виконання не представляється можливим. Стовпці з описами таких функцій до таблиці не включаються. Для того, щоб таблиця містила більше число патентоспроможних ТР рекомендується розробляти її на основі декількох ефективних прототипів в результаті виділення в них характерних функціональних елементів і формулювання узагальнених описів функцій, які стають заголовками стовпців таблиці.
2.2.4.2. Заповнення морфологічної таблиці Кожен з альтернативних варіантів реалізації функції в стопці позначається Спочатку у морфологічну таблицю вносять варіанти прототипів, потім записують решту ефективних та цікавих варіантів. При цьому можуть бути використані: - власні знання та результати опитування фахівців з розглядуваних ТО; - довідники та енциклопедії; - міжнародна класифікація винаходів; - словники технічних функцій; - описи до патентів за останні 5 – 10 років; - каталоги виставок.
2.2.4.3. Виявлення ефективних комбінацій альтернативних варіантів, що належать одному стовпцю Практично в кожному стовпці морфологічної таблиці можна знайти одну або декілька ефективних (взаємопідсилювальних) комбінацій альтернативних варіантів, при реалізації яких окремі недоліки прототипів усуваються більш повно, а критерії досконалості ТО поліпшуються більш суттєво ніж у випадку здійснення кожного варіанта окремо. Подібні ефективні комбінації записуються у нижній частині стовпців в якості додаткових альтернативних варіантів. Якщо описи до альтернативних варіантів в таблиці не достатньо зрозумілі їх доповнюють схемами, графіками або коментарями на окремому аркуші.
2.2.5. Вибір найефективніших технічних розв’язків П’ятий заключний етап методу морфологічного аналізу та синтезу містить п’ять операцій.
2.2.5.1. Визначення числа можливих технічних розв’язків Загальне число варіантів ТР, що може бути синтезоване за допомогою деяких морфологічних таблиць сягає сотень тисяч. Їх детальний аналіз та вибір найкращих ТР вимагає значних витрат часу та інженерної праці (а отже і коштів). У зв’язку із цим, доцільно ще до початку синтезу скоротити найменш перспективні варіанти. Для визначення необхідного масштабу скорочення таблиці спочатку підраховується загальна кількість всіх можливих ТР, при цьому використовується формула
N = n 1 · n 2 ×,…,× nm, (2.1)
де n 1 , n 2 ,…, nm – число альтернативних варіантів в стовпцях таблиці; m – число стовпців.
2.2.5.2. Скорочення числа альтернативних варіантів в стовпцях і числа стовпців Зі всієї множини ТР найперспективніші можуть бути обрані шляхом послідовного скорочення найменш ефективних варіантів. Перше скорочення проводять до виконання умови
N ≤ N ог, (2.2)
в якій N ог – оглядове число можливих варіантів ТР, яке для відносно простих ТО (для яких час порівняння будь-яких двох прототипів і вибору з них найкращого не перевищує 10 с) складає N ог = 10000; для складніших зразків N ог = 1000. Якщо нерівність (2.2) не виконується в кожному стовпці морфологічної таблиці проводять порівняльний аналіз альтернативних варіантів для виявлення серед них найкращих та найгірших за ступенем відповідності основним вимогам та оптимальним значенням критеріїв досконалості, а також за кількістю основних недоліків. Визначені таким чином найгірші альтернативні варіанти усуваються. Інший більш радикальний спосіб зменшення N полягає у скороченні окремих стовпців морфологічної таблиці зі всіма альтернативними варіантами, що містяться у їх складі. При цьому серед всіх стовпців (функціональних елементів) виділяють основні, від яких в першу чергу залежить ефективність ТО, а також другорядні елементи, що практично не впливають на виконувану зовнішню функцію і тому підлягають усуненню.
2.2.5.3. Скорочення множини можливих варіантів технічних розв’язків шляхом усунення найгірших комбінацій альтернативних варіантів У випадку виконання умови (2.2) можна починати синтез можливих ТР та вибір серед них найкращих шляхом порівняння. Однак такий спосіб не дивлячись на його простоту є досить трудомістким. У зв’язку із цим, нижче пропонується більш раціональна методика скорочення числа ТР. При її реалізації скорочення здійснюється шляхом викреслювання найгірших комбінацій з мінімального числа альтернативних варіантів, які аналізуються значно швидше ніж повністю синтезовані ТР. До найгірших відносять комбінації, що важко реалізуються або не реалізуються взагалі, найдорожчі комбінації, комбінації, які мають найбільше число недоліків, а також ті, що в найменшій мірі відповідають вимогам до прототипів або оптимальним критеріям досконалості. Опишемо дану методику, використовуючи абстрактну морфологічну таблицю – табл. 2.3.
Таблиця 2.3 Абстрактна морфологічна таблиця
а) У вихідній морфологічній таблиці (див. табл. 2.3) обираємо два стовпці з найменшим числом альтернативних варіантів – стовпці ф3 і ф4 – і утворюємо з їх елементів всі можливі подвійні комбінації (табл. 2.4). Нехай в нашому абстрактному прикладі обидві комбінації є допустимими та приблизно адекватними за ефективністю, тому жодну з них ми не відносимо до найгірших і не скорочуємо.
Таблиця 2.4 Утворення комбінацій з двох елементів
б) Обираємо з табл. 2.3 серед стовпців, що залишились незадіяними в табл. 2.3 наступний стовпець з найменшим числом альтернатив – стовпець ф1 - і утворюємо між його елементами та подвійними комбінаціями табл.2.4 всі можливі потрійні комбінації – табл. 2.5. Припустимо, що результати порівняльного аналізу даних комбінацій дозволили три з них (виділені фоном сірого кольору) віднести до найгірших і виключити.
Таблиця 2.5 Утворення та скорочення комбінацій з трьох елементів
в) Обираємо з табл. 2.3 наступний стовпець з найменшим числом альтернатив – стовпець ф0 – і утворюємо між ними та потрійними комбінаціями, що залишились в табл. 2.5 всі можливі комбінації чотирьох елементів – табл. 2.6. Оскільки комбінації легко утворюються та аналізуються думкою, їх позначення не обов’язково вписувати в клітини таблиці. В табл.2.6 на основі порівняльного аналізу також визначаються найгірші комбінації (відповідні клітини виділені сірим кольором).
Таблиця 2.6 Утворення та скорочення комбінацій з чотирьох елементів
За розглянутою методикою утворюємо таблиці комбінацій альтернативних варіантів і проводимо їх скорочення. Послідовність повторюється до останнього стовпця вихідної морфологічної таблиці. В останній таблиці утворення комбінацій після викреслювання найгірших з них залишиться множина допустимих ТР. Якщо їх кількість виявиться все ще надмірно великою, слід провести скорочення за додатковими параметрами ефективності або критеріями досконалості (загальною масою, надійністю, витратами електроенергії та дорогих матеріалів, трудомісткістю виготовлення і т.д.).
2.2.5.4. Вибір найефективніших варіантів технічних розв’язків Перелік допустимих варіантів, отриманий після скорочення найгірших комбінацій, упорядковується за критеріями досконалості від кращих до гірших. При рівних або близьких значеннях критерію досконалості у двох або більшого числа варіантів ТР для визначення їх місця в упорядкованому переліку, враховують кількість основних недоліків. Якщо упорядкування ТР у переліку і вибір найефективніших варіантів викликають утруднення, рекомендується скористатись таблицями порівняння (табл. 2.7), в яких дається оглядова розрахунково-експертна оцінка ТР.
Таблиця 2.7 Порівняльна оцінка варіантів ТР „Електроустановка”
Після упорядкування для подальшого проектування обирають 3 – 5 найефективніших варіантів ТР.
2.2.5.5. Виконання попередніх ескізів технічних розв’язків та їх опис Для обраних найефективніших варіантів ТР розробляють попередні моделі (ПС та КС), а також дають їх короткий опис. Після цього проводиться більш детальне конструкторське пророблення знайдених ТР з врахуванням додаткового списку вимог (надійності роботи, зручності обслуговування, трудомісткості виготовлення, витрат енергії та дорогих матеріалів і т.д.). При цьому найважливіші та найскладніші елементи ТР можуть бути також пророблені з використанням методу морфологічного аналізу та синтезу.
2.3. Приклад виконання індивідуального практичного завдання з морфологічного аналізу та синтезу технічних розв’язків В даному розділі наведений приклад розв’язання задачі ІТ з використанням методу морфологічного аналізу та синтезу.
Умова задачі Індивідуальні побутові електроплитки мають у порівнянні із газовими плитами низький ККД (30 – 40%), а також надмірно великий час t к доведення до кипіння холодної води з початковою температурою 10 – 20 ºС. Виникла необхідність в удосконаленні електроплитки – підвищення її ККД до 60 – 80% і зменшення часу t к до величини відповідної t к для газової плити.
|
||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Последнее изменение этой страницы: 2019-04-19; Просмотров: 220; Нарушение авторского права страницы
, де і – порядковий номер стовпця функції (і = 1, 2, ...); k - порядковий номер альтернативного варіанта в і-му стовпці (k = 1, 2, ...).
