Структура и функциональность технических изделий

Для разработки технических структур функций, исходя из конкретной постановки задачи, целесообразно рассматривать еще незнакомую систему, подлежащую разработке, как " черный ящик" с входным и выходным устройствами для энергий, материалов и сигналов (рис. 6.3). Входные и выходные устройства системы представляют собой связи с другими соответствующими техническими системами, с человеком или с другими естественными системами они отмечают границу между отдельными подсистемами. Входные и выходные величины и границы систем взаимно обуславливаю-тся и постоянно встречаются в совокупности, поскольку технические и естественные системы обычно всегда находятся в какой-нибудь связи со своей " окружающей средой" или могут устанавливать с ней связь, поскольку речь идет не о замкнутых системах.

Входные и выходные величины иногда задаются через смежные системы, находящиеся в связи с системой, подлежащей разработке или выбираться свободно. Входные и выходные величины обычно связаны друг с другом определенными причинными соотношениями. Наличие причинных соотношений позволяет дать описание цели изделия.

Под описанием цели следует понимать установление того, что должно выполнять изделие, подлежащее разработке, или какое назначение оно имеет, не указывая при этом определенный путь решения. Описание цели не должно включать в себя варианты решений.

Другими словами: под целью следует понимать то, что должно быть достигнуто при помощи системы, подлежащей разработке, не ограничивая при этом каким - либо образом число возможных решений для выполнения этой цели.

Описание цели для технической системы, подлежащей разработке, могло бы, например, звучать так: необходимо разработать техническую систему для снятия дорожного покрытия. Если бы для этого в качестве выходной величины была бы задана энергия, то при этом условии сократилось бы число возможных решений.

Цель может быть достигнута в результате использования нескольких различных технических функций, или техническая функция иногда может обеспечивать выполнение нескольких целей, например: вентилятор, может использоваться для охлаждения предмета или подавать воздух из одного помещения в другое; в обоих случаях преследуются различные цели.

Действительны следующие утверждения:

· любое возможное решение L для определенной цели представляет собой функцию этой цели: L = f (цель);

· для каждой цели существует несколько решений. Общее количество всех решений MG зависит от цели: MG = f (цель);

· описание цели представляет собой самую общую формулировку постановки задачи;

исходные данные входных и выходных величин для системы, подлежащей разработке, представляют собой факторы общего ограничения числа решений.

Основной процесс конструирования расчленяется на три фазы: синтез функций, качественный и количественный синтез машин, так как в технических системах изменяются свойства, состояния энергий сигналов, материалов, и их потоки. Сложные процессы в технических системах при проектировании следует сводить к конечному числу физических, математических и логических основных операций.

Эти основные операции могут быть реализованы благодаря физическим, химическим или биологическим явлениям в сочетании с геометрическими соотношениями:

· изменение физических свойств материала (рис. 6.4);

· увеличение или уменьшение параметров вещества, например, изменениями значений параметров свойств веществ могут быть повышение или снижение электропроводности или изменение отражательной способности;

· увеличение или уменьшение сигнала под увеличением или уменьшением сигналов следует понимать операцию, при которой изменяется лишь значение параметра состояния физической величины, образующей сигнал. В качестве примеров могут служить механические, электрические и пневматические усилители;

· техническая система в любой момент времени имеет определенное направление движения потока энергии и вещества. Движение может постоянно сохранять свое направление, или менять его.

Узлы, в которых выравниваются потоки энергий и веществ, это, например, электрические выпрямители, муфты свободного хода, обратные запорные клапаны и другие.

· два потока энергий, веществ или сигналов, которые отличаются друг от друга значением какой-нибудь физической величины (вес, плотность, окраска, амплитуда, частота, длина волны и т.д.) можно соединять друг с другом или, на основании их отличительных признаков, можно разъединять друг от друга (рис. 6.5). Смесители и модуляторы представляют примеры операции «соединение».

Виды деятельности, которым соответствует операция «разъединение», проявляются, например, в центрифугах, цветных светофильтрах, термофильтрах, спектрометрах, в фильтрующих или сортировочных устройствах.

Характерным примером «соединения» «разъединения» является гидравлический насос и гидравлический двигатель.

Различные виды энергий, вещества и сигналы могут накапливаться или отзываться из накопителя. Операции, необходимые для этого, следует определять как основные операции и характеризовать их как «Накопление» или «Выдача».

Примерами операции «Накопление энергии» являются маховики, рессоры, подъемные грузы, водохранилища, батареи, ресиверы сжатого воздуха, электрические конденсаторы и т.д.

Примерами накопителей веществ могут служить резервуары, баки, газовые баллоны и другие. Примерами накопителей сигналов являются известные перфокарты, перфоленты, магнитные запоминающие устройства, запоминающие устройства на линии задержки, полупроводниковые и другие запоминающие устройства.

В накопителях веществ и сигналов целесообразно проводить различие между активными и пассивными накопителями.

Активные накопители - это такие, которые вместе с веществом и сигналом, подлежащим накоплению, накапливают также еще и энергию, так что вещество или сигналы по вызову могут выбираться без затрат энергии со стороны. Примерами активных накопителей веществ являются уровни жидкостей, расположенные над нулевым уровнем (смывные бачки), заряженный конденсатор. Пассивными накопителями сигналов являются, например, перфокарты и перфоленты.

Таким образом, преобразование конкретной задачи в одну структуру, состоящую из основных физических, математических и логических операций позволяет определить правила и вспомогательные методы для конструктивной реализации основных физических операций.

Для конструирования технических изделий в случае постановки задачи, необходимо сформулировать причинную связь между входными и выходными величинами общей системы. Эту общую функцию системы, подлежащей разработке необходимо подразделять на заданные функции и на элементарные функции или основные операции, которые необходимо связывать друг с другом или приводить в определенное соотношение таким образом, чтобы выполнялось функциональное требование, предъявляемое к общей системе.

Результатом этого появляются несколько альтернативных структур основных операций, из которых впоследствии необходимо выбрать структуру, самую оптимальную для соответствующей системы, которая подлежит реализации благодаря использованию соответствующих элементов конструкции.

 

6.2. Основные определения технических устройств

Техническое устройство (машина), предназначено для действия в нем сил природы сообразно потребностям человека.

В настоящее время понятие «машина» имеет ряд смыслов:

· машина — механизм или сочетание механизмов, выполняющих движение для преобразования энергии, материалов или производства – с точки зрения механики;

· машина – доменная печь (Менделеев Д.И.);

· машина (с появлением ЭВМ) – механизм или сочетание механизмов, осуществляющих определенные целесообразные движения для преобразования энергии, выполнения работы или же для сбора, передачи, хранения, обработки и использования информации;

· машина является либо объектом, либо средством производства.

Таким образом, машина – система, созданная трудом человека, для качественного преобразования исходного продукта в полезную для человека продукцию (рис. 6.6).

Исходный продукт процесса – предметы природы, сырье или полуфабрикат.

Сырье – предмет труда, на добычу или производство которого, был затрачен труд.

Полуфабрикат– сырье, которое подвергалось обработке, но не может быть потреблено как готовый продукт.

Продукция – это результат производства в виде сырья, полуфабриката, созданных материальных и культурных благ или выполненных работ производственного характера. Общая последовательность преобразования машинами исходного продукта в продукцию приведена в табл. 6.1.

Таблица 6.1.
Исходный продукт	Энергия	Машина	Продукция
Заготовка	Электроэнергия	Станок	Деталь
Груз	Механическая	Автомобиль	Перевезенный груз
Ткань, нить	Механическая	Швейная машина	Шов
Эл. магнитные волны	Электрическая	Телевизор	Изображение и звук

 

Машина создаваемая для выполнения конкретного технологического процесса и должна обладать необходимым качеством и быть экономичной.

Обеспечение качества машины начинается с формулировки ее служебного

назначения, то есть определения и описания задач, которые должна решать машина и условий, в которых ей предстоит работать, требуемого технико-экономического уровня и так далее.

Конструкция машины представляет собой сложную систему двух множеств связей – свойств материалов и размерных связей. Построение такой системы происходит в процессе проектирования машины. При этом реализуется органическая связь свойств материалов деталей, составляющих машину, формы, размеров, относительного положения их поверхностей и самих деталей с показателями служебного назначения машины.

Таким образом, началом формирования качества машины является формулировка ее служебного назначения.

⇐ Предыдущая78910111213141516Следующая ⇒

Поделиться: