Методическое конструирование

Потребности промышленности стимулируют интенсивное развитие теории

конструирования, т. е. учения о правилах и приемах конструирования с использованием систематизированных сведений о технических объектах (базы данных технических решений) и различных вспомогательных средств. Использование термина методическое конструирование подчеркивает наличие определенной методики. Области приложения этой научной дисциплины постоянно расширяются, и становится очевидной ее принципиальная полезность для решения практических задач.

Существует множество методов конструирования. Общим для многих из них является то, что отправной точкой поиска служит выполняющая нужную функцию известная конструкция, обычно уже проверенная на практике. Так, часто предполагается, что для движения вала или ползуна необходимы подшипники качения или скольжения с соответствующей смазкой. Если первое предположение не изменяется и целесообразность его не вызывает сомнений, то часть конструкции уже готова и, в сочетании с другими решениями, заимствуемыми без изменений, образует завершенную конструкцию.

В качестве примера рассмотрим два варианта конструкции саморазгружающегося контейнеровоза, которые иллюстрируют основные понятия методического конструирования.

Итак, пусть перед нами стоит задача; спроектировать устройство, устанавливаемое на грузовом автомобиле, которое поднимало бы контейнер и ставило бы его на грузовую платформу. Эта задача, связанная с целым рядом процессов, называется общей задачей и разлагается на более мелкие процессы - частные задачи для которых уже имеются проверенные варианты решений. Эти частные задачи в несколько измененном виде могут быть " соединены" для выполнения общей задачи.

Морфологический анализ задачи представленный на рисунке 5.1 дает полное представление о пути решения задачи.

В данном случае морфологический анализ создается на основе метода абстрагирования и метода конкретизации.

Абстракция – форма познания, основанная на мысленном выделении существенных свойств и связей предмета и отвлечении от других, частных его свойств и связей.

Основные типы абстракции: изолирующая абстракция (вычленяющая исследуемое явление из некоторой целостности), обобщающая абстракция (дающая

обобщенную картину явления), идеализация (замещение реального эмпирического явления идеализированной схемой).

Конкретизация – выявление существенных связей, закономерности и тенденции развития явлений. В диалектике конкретное противоположно абстрактному; теоретическое познание осуществляется как восхождение от абстрактного к конкретному.

Восхождение от абстрактного к конкретному метод исследования объекта, состоит в переходе от абстрактного и одностороннего знания о нем к все более конкретному его воспроизведению.

Гораздо проще выделить частные задачи, если решение общей задачи известно. Выделяется частная задача создать устройство обеспечения необходимого усилия для подъема контейнера.

Вначале необходимо установить соответствие между известной частной задачей и выявленными, в результате абстрагирования, частными функциями

(рис. 5.2).

Увеличение усилия можно осуществить при помощи гидравлического цилиндра т. к. соотношение удельного давления ρ (входная величина) и усилия на штоке цилиндра F (выходная величина) зависит от площади воспринимающей поверхности.

Реализация этой функции показана на рис. 5.3, силовым элементом является гидравлический цилиндр 1.

Разложить силу на малую входную и большую выходную составляющие можно с помощью наклонной плоскости, клина, рычага и т. п.

В результате возникают альтернативные решения, одно из которых, построенное на использовании наклонной плоскости, рис. 5.4.

Рассматриваемый метод включает в себя три перехода: от частной задачи к частной функции, от частной функции к эффекту и от эффекта - к детали или узлу.

Следующими частными задачами являются крепление контейнера к подъемному механизму и его отделение, т.е. создание замка.

Обшей задачей является конструирование замка (запора, затвора, крепления, зажима и т. п.), т. е. приспособления, с помощью которого посредством запирающего движения можно соединять два узла, а посредством отпирающего движения - разъединять. Рассмотрим в качестве примера исходной конструкции замок с защелкой (рис. 5.5). Где: а, b - прямолинейные

направляющие; C- штифт; d - нажимная кнопка; е - пружина; V- запирающий элемент; V₁- клин; V₂ - зацепной выступ. Проводим морфологический анализ конструкции:

1. Выявление и абстрагирование наиболее важных частных функций для замка, исходя из известного решения (рис. 5.5) и известной частной задачи можно сформулировать, анализируя процесс запирания и отпирания (рис. 5.6, строка 2).

2. Входные и выходные величины, определяющие частные функции заносим в строку 3 рис. 5.6.

3. Найденные физические или логические соотношения между входными и выходными величинами частных задач, делающих возможным процесс отпирания и запирания, заносим в клетки строки 4 рис. 5.6

4. Определяем конструкции, реализующие соответствующие частные функции, и их основные характеристики заносим в клетки строки 5 рис. 5.6. На этом процесс поиска частных функций путем абстрагирования закончен, и осуществляется конкретизация от выявленной частной функции и переход к поиску новых эффектов, т. е. вариация эффектов.

На рисунке 5.6. представлено выявление и абстрагирование наиболее важных частных функций для замка, исходя из известного решения (см. рис. 5.5).

Если применить к задаче о замке (рис. 5.5) метод вариации эффектов при выявленных частных функциях на более высоком уровне конкретизации, то появляется возможность варьировать детали a-v: модифицировать их, разделять некоторые из них на несколько деталей или, наоборот, несколько деталей заменять одной.

При реализации частных функций посредством определенного эффекта не разрешается ничего изменять, кроме формы деталей или их комбинации. Хотя множество возможных вариантов все еще остается очень большим, в нем, тем не менее, отчетливо выделяется один ограничительный функциональный принцип - принцип исходного решения. На рис. 5.7 представлен пример варьирования элементарной конструкции е, на рис. 5.8 - увеличение числа деталей до семи, а на рис. 5.9 и 5.10 - превращение группы из четырех деталей в группу из двух деталей и даже в одну деталь. Если устройство состоит из одной детали, то оно должно быть упругим или содержать встроенную пружину. На рис. 5.10 изображены штекерный замок ( а ), хомутик ( 6 ) и зажим с защелкой ( в ).

Таблица 5.1
№	Эскиз	Содержание вариации
Рис. 5.7		Вариация исходного замка путем изменения деталей: деталь е из рис. 5.5 изменена
Рис. 5.8		Вариация исходного замка путем разделения деталей: деталь d из рис. 5.5 заменена на детали a и b, что означает разделение функций исходной детали
Рис 5.9		Вариация исходного замка уменьшением числа деталей: детали d, v, c, e, v1, v2 на рис 5.5. заменены на одну деталь k. что означает интеграцию в одной детали нескольких прежних деталей
Рис. 5.10		Вариация исходного замка (рис. 5.5) со значительной интеграцией функций за счет уменьшения числа деталей и перехода к полимерным материалам: а- замок из двух деталей;     b - замок из гибкой упругой детали (хомутик);   c - замок из одной детали с пластмассовой пружиной (зажим для кабеля)

Все рисунки и содержание вариаций сведены в таблицу 5.1.

Морфологическая карта

Методика построения морфологической карты заключается в следующем. Детали, эффекты и частные функции для исходного примера " замок" представлены на рис. 5.6, откуда их следует перенести в соответствующие клеточки рис. 5.7.

На рисунке 5.7 показано получение альтернативных решений общей задачи выполняемой цепью частных функций, путем перехода от одних и тех же пяти частных функций к различным эффектам и деталям: 4 - частная функция 4; (4.1) - частная функция 4, реализованная эффектом 1; (e - и другие буквы) - детали, необходимые для реализации эффектов (номера эффектов взяты из табл. 5.2).

Отыскивая альтернативное решение нет необходимости изменять все эффекты, - часто достаточно варьировать только один из них. Кроме того, не все эффекты или конструкции, реализующие их совместимы друг с другом. Поэтому целесообразно представить их в форме морфологического ящика и осмысленные комбинации обозначить числовыми индексами. Тем самым частные функции 1-5 на рис. 5.6 реализуются эффектами, указанными в табл. 5.2 в следующих полях: 1.1-2.1-3.2-4.1-(5.1.1) 5.1.2 - (5-2.5) 5.2.1. Фиксация выполненна здесь несимметрично и поэтому требует более двух ссылок на поля рисунка. Индексы обеих последних групп, не заключенные в скобки, относятся к запирающему движению, а заключенные в скобки - к отпирающему. Теперь с помощью введенных в рассмотрение эффектов и частных решений в морфологическом ящике могут быть предложены многочисленные альтернативные решения. Все совместимые последовательности должны приводить к решению.

Если осуществлять переход от эффектов 1.1-2.1-3.2-4.2-5.1.2-(5.2.5) 5.2.1. то получается защелка-штекер", подобная изображенной на рис. 5.11, пример 2.

Использование морфологической карты расширяет возможности метода вариации эффектов при выявленных частных функциях на этапе конкретизации. Он позволяет составлять новые решения путем сочетания совместимых эффектов, в данном случае - соединяя соответствующие клетки морфологической карты. Однако, поскольку метод морфологического ящика соответствует формализации довольно высокого уровня, следует постоянно держать в памяти условия корректной применимости этого метода, а именно:

- частные функции должны быть в основном независимы друг от друга:

- эффекты соединенных частных функций должны быть совместимы;

- ветвь частных функций, рассматриваемая при анализе функциональной структуры, должна быть цепью (т. е. не должна иметь разветвлений).

Примеры конструирования замков и способы реализации их частных функций приведены в таблице 5.3.

В таблице 5.4 показаны виды запирающих движений для различных замков (штриховой стрелкой обозначена необходимая поступательная компонента):

v - препятствующий самопроизвольному отпиранию, т. е. запирающий элемент.

В таблице 5.5 показаны варианты зарядки и разрядки потенциальных накопителей энергии, обеспечивающих создание сил для различных частных функций.

Способы создания силы, препятствующей самооткрыванию, с помощью связей различных типов показано в таблице 5.6.

 

⇐ Предыдущая567891011121314Следующая ⇒

Поделиться: