Методы проектирования и конструирования

 

Известно довольно большое число методов проектирования, которые условно можно разделить на две группы [10-14]:

1 Эвристические методы технического творчества, основанные на использовании достаточно четко описанных методик и правил поиска новых технических решений. Эти методы начали разрабатывать еще с древних времен (Сократ, Архимед); особое внимание им уделили выдающиеся ученые XVII—XVIII вв. Ф. Бэкон, Р. Декарт и Г. Лейбниц. Начиная с 40-х гг. нашего столетия резко возросли исследования и разработки по созданию и применению эвристических методов, методик, приемов, принципов, правил и т. п. В настоящее время известно более 100 эвристических методов, методик, подходов и их модификаций.

2 Компьютерные методы поискового конструирования, основанные на использовании ЭВМ в решении творческих инженерных задач. Эти методы начали разрабатывать и применять в 60-х годах. В настоящее время известны десятки различных подходов и методов поискового конструирования.

Настоящий курс направлен на изучение трех эвристических методов (методы мозговой атаки, эвристических приемов, морфологического анализа и синтеза) и компьютерного метода - метода синтеза технических решений с использованием И—ИЛИ графов. Имеются и другие эффективные методы и системы методов инженерного творчества: метод синектики, метод контрольных вопросов, алгоритм решения изобретательских задач, специальные объектно ориентированные компьютерные методы синтеза и анализа конструкторско-технологических решений и др.

 

Постановка и анализ задачи

 

Правильная постановка творческой инженерной задачи — это половина ее решения. Она выполняется за ряд операций.

Операция 1. Описание проблемной ситуации. Эта операция представляет собой самую предварительную краткую формулировку задачи, в которой должны содержаться ответы на следующие вопросы:

1 В чем состоит затруднение или проблемная ситуация и какова ее предыстория?

2 Что требуется сделать для устранения проблемной ситуации, т. е. какую потребность нужно удовлетворить?

3 Что мешает устранению проблемной ситуации или достижению цели?

4 Что дает решение задачи для людей, предприятия, народного хозяйства и т. д.?

Операция 2. Четкая и краткая характеристика технического средства, с помощью которого можно удовлетворить возникшую потребность.

Операция 3. Выбор прототипа и составление списка требований. При этом в первую очередь используются существующие в практике изделия на уровне лучших мировых образцов, аналогичные технические решения в ведущем классе технических объектов (ТО). Ведущий класс ТО по сравнению с рассматриваемым имеет близкую функцию и более высокий технический уровень. Например, для автомобилестроения ведущим классом может быть авиация, для строительства — машиностроение. При выборе прототипов рекомендуется использовать МКИ (международную классификацию изобретений), патентные описания за последние 5—10 лет (как по рассматриваемому, так и функционально близким классам ТО), каталоги выставок и т.д.

Операция 4. Составление списка недостатков прототипа. Как следует из закона прогрессивной конструктивной эволюции ТО, каждый используемый ТО обычно имеет некоторый список недостатков, устранение которых обеспечивает получение новой улучшенной модификации ТО. При выполнении этой операции необходимо стремиться выявить все недостатки прототипа, которые могут быть устранены в новом изделии, т. е. для каждого прототипа следует указать:

· критерии развития ТО;

· показатели, не соответствующие сформулированной функции;

· факторы, снижающие эффективность или затрудняющие использование прототипа;

· показатели, которые желательно улучшить.

Для каждого критерия, показателя и фактора следует дать по возможности количественную оценку с перспективой на будущее. Перечень требующих улучшения критериев, показателей и факторов с их количественной оценкой будем называть списком недостатков прототипа. Полученный список недостатков необходимо упорядочить по степени важности их устранения и выделить самые важные недостатки, устранение которых будем считать главными целями решения задачи.

Операция 5. Предварительная формулировка задачи. Кратко обобщаются результаты, полученные при выполнении операций 1—4. При этом задача традиционно содержит две части: «дано» и «требуется». Такое обобщение дает комплексное и легко обозримое представление о задаче, что способствует продуктивной работе.

 

Метод мозговой атаки

 

Современные методы мозговой атаки (МА) возникли и были развиты в США. Их основателем считается морской офицер А. Осборн, который во время второй мировой войны был капитаном небольшого транспортного судна. Однажды судно под его командованием везло груз в Европу и оказалось без надежной охраны и прикрытия. В это время была получена радиограмма о скором нападении немецких подводных лодок. А. Осборн собрал всех на палубе, сообщил о готовящемся нападении и попросил каждого подумать и высказать свои соображения по поводу того, что необходимо сделать, чтобы предотвратить гибель судна, которое не имело эффективных средств защиты. Один из матросов сказал, что нужно всей команде встать вдоль борта, к которому будет приближаться торпеда, дружно " дуть" на торпеду и «отдуть ее в сторону» [10].

На этот раз встреча с подводными лодками не была роковой. Однако высказанная матросом смешная абсурдная идея оказалась плодотворной. Когда судно вернулось на свою базу, А. Осборн по разработанным в пути эскизам изготовил вентилятор, создающий мощный направленный поток воды, и этим вентилятором в одном из рейсов действительно «отдул» торпеду от борта.

Так у А. Осборна родилась идея создания метода коллективного поиска идей для устранения затруднительных ситуаций. После войны он разработал метод мозговой атаки и создал свою школу подготовки изобретателей и рационализаторов.

Методы МА представляют собой эмпирически найденные эффективные способы решения творческих задач. С точки зрения психологии, кибернетики и других наук феномен МА остается белым пятном, которое требует серьезного и глубокого изучения. Такие исследования несомненно обеспечат значительное повышение эффективности этого популярного и широко распространенного метода.

Изучение методов МА не требует специальной подготовки, и они осваиваются легко и быстро как учащимися средних школ и молодыми рабочими, так и опытными конструкторами. В последнее время оправдали себя и прогрессивно развиваются различные формы коллективного технического творчества (творческие группы, бригады и т. п.). Для этих форм метод МА представляется наиболее естественным и подходящим. И еще одно достоинство МА — универсальность метода и весьма широкая область его применения.

Формулировка задачи. Постановка задачи перед творческой группой — участниками МА - может иметь самую различную форму и содержание. Однако в ней должны быть четко сформулированы два момента:

· что в итоге желательно получить или иметь;

· что мешает получению желаемого.

Важно, чтобы перед сеансом МА имелась достаточно исчерпывающая четкая постановка задачи, желательно в документальном виде. Постановка задачи для МА должна также отличаться краткостью изложения.

Формирование творческой группы. Наиболее эффективное число участников в творческой группе для проведения сеанса МА составляет 5—12 человек, хотя допустимо и меньшее (до 3) и большее число участников.

Как правило, творческие группы состоят из двух подгрупп: постоянное ядро группы и временные члены. Ядро группы постепенно отбирается при решении различных задач методом МА. В ядро группы входят ее руководитель и сотрудники, легко и плодотворно генерирующие идеи, а также хорошо знающие и соблюдающие правила игры (правила для участников сеанса МА).

Временные члены служат необходимым и гармоничным дополнением к ядру группы, обеспечивающим выполнение следующих рекомендаций:

· число специалистов по решаемой задаче должно быть не более половины;

· в состав группы целесообразно включать специалистов-смежников (конструкторы, технологи, экономисты, снабженцы и. т. д.), которые обеспечат комплексное и всестороннее рассмотрение задачи.

Организация проведения МА. Приглашать на совещание (сеанс МА) желательно за 2—3 дня с изложением сути задачи. Совещание имеет следующий порядок проведения и соответствующие затраты времени на отдельные мероприятия:

· представление участников совещания друг другу и ознакомление их с правилами проведения сеанса МА (5—10мин);

· постановка задачи ведущим с ответами на вопросы (10—15 мин);

· проведение МА (20—30 мин);

· перерыв (10 мин);

· составление отредактированного списка идей (30— 45 мин).

После сеанса проводится быстрое коллективное редактирование полученного списка идей с полукритическим отношением. При этом участники МА быстро отбрасывают наименее приемлемые и абсурдные идеи. Они могут также усилить и конкретизировать высказанные идеи и дополнить список новыми идеями, возникшими во время редактирования. Все полученные идеи желательно разделить на три группы: наиболее приемлемые и легко реализуемые для решаемой задачи, наиболее эффективные и перспективные, прочие.

Отредактированный и оформленный список передается заинтересованным лицам для дальнейшей более детальной оценки и проработки с точки зрения патентоведения и использования в проектно-конструкторских разработках.

После принятия решения об оформлении отдельных идей (в виде рационализаторских предложений, заявок на изобретение, технических предложений для проектирования и т. д.) уточняется и определяется список авторов с руководителем группы, а затем согласуется со всей творческой группой, участвовавшей в сеансе МА.

 

Метод эвристических приемов

 

С давних времен человек (конструктор) пытался найти улучшенное техническое решение путем логического анализа недостатков и их устранения или путем поиска и наблюдения аналогичного решения в природе либо в другой области техники, или путем случайных изменений прототипа [10].

Все эти не очень систематизированные попытки поиска улучшенного решения называют методом «проб и ошибок». На основе этого древнего способа в 40—50-х годах возник метод эвристических приемов (ЭП).

Рассмотрим примеры решения с помощью ЭП.

Задача 1. Снятие гипсовых повязок связано с двумя неудобствами:

при распиливании повязки можно повредить тело;

при разбивании причиняется боль и может быть повреждена слабо сросшаяся кость.

Требуется изобрести способ, устраняющий указанные неудобства.

Для решения этой задачи подходят два эвристических приема.

Прием 1 - изменить направление действия рабочей силы или среды; прием 2 - заранее расставить объекты так, чтобы они могли вступить в действие с наиболее удобного места и без затрат времени на их доставку.

Решение. Для предупреждения травм и облегчения снятия повязки проволочную пилу помещают в предварительно смазанную подходящей смазкой трубку, выполненную, например, из полиэтилена, и заранее загипсовывают под повязку при ее наложении. Распиливать повязку можно от тела наружу.

Способы решения, открытые различными изобретателями, имеет смысл собирать, обобщать и обучать им начинающих изобретателей. Именно на этих свойствах основывается метод эвристических приемов, который интегрирует в методически доступной форме опыт многих изобретателей. Метод эвристических приемов разработан и нашел широкое распространение в бывшем СССР. Известно около десяти его модификаций.

 

⇐ Предыдущая12345678910Следующая ⇒

Поделиться: