1.МЕТОДОЛОГИЯ ПРОЕКТИРОВАНИЯ

1.1.Характеристикадеятельностипроектировщика

Любой объект техники создается искусственно из материалов природы на основе действующих в ней процессов и закономерностей с целью реализации определенных функций труда и жизнедеятельности человека. При этом обязательно учитываются научно-технические достижения. Формирование и развитие объекта техники может быть представлено схемой (рис. 1.1) [1].

ПТ

РПС

Рис. 1.1. Схема механизма развития объекта техники:

Ч – человек, Т – техника, С – среда; ФУ, АУ, ПУ – фильтрующее, анализирующее и проектирующее устройства; РПС – регулятор параметров среды; Бтп и Бкр – банки накопленных решений по технологическим и конструкторских процессам; ПТ и ПС – параметры техники и среды соответственно; 1 – линия воздействия среды на объект техники при незначительном рассогласовании ПТ и ПС; 2 – сигналы среды через ФУ в ПУ с помощью АУ при значительном рассогласовании ПТ и ПС; 3 – линия постоянного воздействия Ч на объект Т посредством создания или модернизации; 4 – линия воздействия Ч на Т путем эксплуатации

1.МЕТОДОЛОГИЯ ПРОЕКТИРОВАНИЯ

1.1.Характеристика деятельности проектировщика

Человек (Ч) использует сигналы среды 2 и накопленные к началу разработки готовые технические решения Бкр, вырабатывает концепцию проектирования и реализует его с помощью проектирующего устройства ПУ, а в некоторых случаях через регулятор параметров системы РПС воздействует на параметры среды (С), меняя их в требуемом направлении (например, упорядочивает режим эксплуатации).

Составная часть проектирования – конструирование – творческий процесс создания изделий в документах (главным образом, в чертежах) на основе конструкторского, технологического, эксплуатационного расчетов.

Главной задачей проектировщика (исследователя, конструктора) является создание машин, наиболее полно отвечающих потребностям заказчиков и обладающих высокими технико-экономическими и эксплуатационными показателями.

Согласно теории технических систем [1] машины и оборудование развиваются по определенным законам:

1) увеличивающегося многообразия развивающейся технической сис-

темы;

2) ограничения многообразия исполнений технической системы. Первый закон гласит: «Многообразие технической системы при отсут-

ствии ограничений ее развитию увеличивается пропорционально параметрам интенсивности обновления Рн, интеграции Ри и дифференциации Рд исполне-

ний системы». Если на исходном этапе число исполнений N0 1, то общее число исполнений на последующих этапах

где Kум – коэффициент роста исполнений.

Интенсивность обновления Рн выражает объем (число) сменяемых компонентов исполнения. Дифференциация Рд характерна для случаев формирования новых параметрических рядов изделий, создания модификаций на основе единой базовой модели. Интеграция Ри исполнений объекта техники в промышленность осуществляется путем унификации составных частей, конструктивных элементов и материалов, типизации компоновок, упорядочения существующего разнообразия отдельных видов техники на основе объединения их свойств в ограниченное число исполнений.

Второй закон: «Многообразие исполнений технической системы на любом этапе ее развития ограничено». На рис. 1.1 регулятором многообразия исполнений является ФУ, с его помощью производится отбор некоторого ограниченного количества необходимых исполнений из максимально возможных.

В процессе развития технической системы возникает множество технических противоречий, для разрешения которых необходимо наложение ограничений экономического, социального и экологического характера. С учетом этих ограничений на исходном этапе конструирования исключаются некото-

1.МЕТОДОЛОГИЯ ПРОЕКТИРОВАНИЯ

1.1.Характеристика деятельности проектировщика

рые исполнения, а оставшиеся принимаются для последующего функцио- нально-экономического анализа и отбора вариантов, наиболее полно соответствующих требованиям сфер производства.

Оба закона базируются на следующих основных принципах:

а) единства изменяемости и повторяемости (соподчинены принципы целесообразной преемственности, обязательного учета достижений науки и техники, адаптивности, совместимости и взаимозаменяемости исполнений техники);

б) полноты компонентов исполнений системы (их состав должен обеспечивать весь комплекс основных функций и функций жизнеобеспечения на всех этапах жизненного цикла);

в) согласованности компонентов исполнения системы (в первую очередь энергетической, информационной и функциональной совместимости);

г) неравномерности развития компонентов исполнения технической системы (в недрах «старой» системы зарождается и развивается новая, и чем сложнее исполнение, тем неравномернее развиваются ее компоненты);

д) предпочтительности исполнений, т. е. учета доминирования отдельных вариантов по признакам технико-экономического и социального характера;

е) аналогий в развитии систем (например, редукторы, передачи, крепежные и др. соединения, разрабатываемые в различных областях, аналогичны по форме и содержанию и соответственно обладают общностью развития).

Законы и принципы развития техники обусловливают взаимосвязь технического творчества, стандартизации и экономики конструирования

(рис. 1.2).

Принципы и закономерности развития технических систем заложены в виде операторов или ограничений в структуру алгоритмов алгоритм решения изобретательских задач (АРИЗ), алгоритм решения оптимальных задач (АРОЗ) и алгоритм решения стандартизаторских задач (АРСЗ).

В блоке АРИЗ формируется новаторская часть проекта, блок АРСЗ обеспечивает удержание в новых проектах разработанных ранее решений, многократно проверенных и составляющих часть научно-технического потенциала, накопленного в данной области. В процессах конструирования широко используются типовые, унифицированные и стандартизованные конструктивные элементы (крепежные детали, допуски и посадки, стандартные соединения и т. д.).

Блок АРОЗ обеспечивает процессы выбора наилучших новых и использования старых решений.

1.МЕТОДОЛОГИЯ ПРОЕКТИРОВАНИЯ

1.1.Характеристика деятельности проектировщика

АРИЗ

АРОЗ

АРСЭ

Рис. 1.2. Схема взаимосвязи научно-технического творчества, экономики проектирования и стандартизации

Полноценный проектировщик-машиностроитель должен органично сочетать в себе качества изобретателя и стандартизатора и в полной мере владеть основами экономики проектирования. Сочетание этих качеств позволяет разработчикам новой техники устранять противоречия между техническим творчеством – стремлением к «сплошной новизне» и стандартизацией – стремлением к «сплошному единообразию». Для этого конструкторы должны хорошо знать:

основные особенности технологии производства отрасли (например, добычи нефти и газа), от предприятий которой поступают заявки и технические задания на проектирование новых изделий;

технический уровень всего комплекса машин, в составе которого должно работать новое изделие;

технологию завода, принимающего к изготовлению новое изделие; историю развития конструкции проектируемого оборудования, досто-

инства и недостатки заменяемого изделия, возможности использования заложенных в нем лучших решений по отдельным агрегатам, узлам и деталям; перспективные разработки других организаций в избранном направле-

нии.

Проектировщик (конструктор) должен изучать системно и углубленно отечественную и зарубежную информацию, патенты и нормативные документы. От его правильных оценок и выбора исходных данных для проектирования зависят качество и конкурентоспособность оборудования, а также сроки разработки. Поэтому весьма важен критический подход конструктора

1.МЕТОДОЛОГИЯ ПРОЕКТИРОВАНИЯ

1.1.Характеристика деятельности проектировщика

кположениям технического задания на проектирование изделия, заложенным в нем условиям работы, требованиям и функциональным параметрам.

1.2. Процедурнаямодель творческогопроцессапроектирования

Процесс проектирования укладывается в следующую схему, представленную в табл. 1.1 [1].

На стадии подготовки ведется предварительная систематизация фактов в рассматриваемой области и подготовка к изобретательству или принятию технических решений.

На стадии замысла:

1)изучается проблемная ситуация и формулируются научно-тех- нические задачи поиска на основе анализа научно-технической информации;

2)выявляется центральный вопрос для разрешения;

3)определяются необходимые требования и ограничения;

4)создается модель проблемной ситуации (графическая или математи-

ческая);

5)проводится декомпозиция основной задачи и определяется степень решаемости компонентов;

6)составляется план поиска технических решений;

7)выбираются методы решения основной задачи и ее компонентов.

На стадии поиска:

генерируются изобретательские идеи; определяются принципы решения задач;

выявляются положительные и отрицательные эффекты, реализуемые при различных принципах решения задач, и выбирается оптимальный принцип решения задач.

На стадии реализации проводится:

1.МЕТОДОЛОГИЯ ПРОЕКТИРОВАНИЯ

1.2.Процедурная модель творческого процесса проектирования

техническое оформление решения творческой задачи: патентование, разработка чертежей, расчеты, изготовление образцов нового объекта;

опытная проверка и испытания образца объекта – результата решения технической задачи с последующим внесением поправок и дополнений;

внедрение нового объекта и его дальнейшее развитие с учетом накопленного опыта;

выявление возможности расширения применения объекта и проведение мероприятий в этом направлении.

1.3.Видыихарактеристикаизделий

иконструкторскихдокументов

Результатом творческой деятельности проектировщиков является изделие, виды которого регламентируются ГОСТ 2.101–68 Единой системы конструкторской документации (ЕСКД). Этот стандарт выделяет не специфицированные (не имеющие составных частей) и специфицированные виды изделий:

деталь – изделие, изготовленное из однородного по марке и наименованию материала без сборочных операций (неспецифицированное);

сборочная единица – изделие, составные части которого подлежат соединению между собой на предприятии-изготовителе сборочными операциями (свинчиванием, сочленением, клепкой, сваркой, сшивкой, укладкой, склеиванием и т. д.);

комплекс – два и более специфицированных изделия, не соединенных на предприятии-изготовителе сборочными операциями, но предназначенных для выполнения взаимосвязанных эксплуатационных функций;

комплект – два и более изделия, не соединенных изготовителем сборочными операциями и представляющих набор изделий, имеющих общее эксплуатационное назначение вспомогательного характера (комплект запчастей, комплекты измерительной аппаратуры, ключей и т. д.).

Структура изделий представлена на рис. 1.3.

Виды и комплектность конструкторских документов на изделия регламентируются ГОСТ 2.102–68. К конструкторским относят графические и текстовые документы, определяющие в совокупности состав и устройство изделия и содержащие необходимые данные для его разработки или изготовления, контроля, приемки, эксплуатации и ремонта.

1.МЕТОДОЛОГИЯ ПРОЕКТИРОВАНИЯ

1.3.Виды и характеристика изделий и конструкторских документов

Изделия

Рис. 1.3. Структура изделий

В ГОСТ 2.102–68 приведены определения 26 видов конструкторских документов. В зависимости от стадии разработки они подразделяются на проектные (техническое предложение, эскизный и технический проекты) и рабочие (рабочая документация), в зависимости от способа выполнения и характера использования – на оригиналы, подлинники и дубликаты конструкторских документов.

Для разового использования допускаются эскизные документы.

По комплектности различают следующие конструкторские документы: основной конструкторский документ – определяет данное изделие и его состав (для детали – чертеж, для сборочных единиц, комплексов и ком-

плектов – спецификация); основной комплект конструкторских документов – объединяет доку-

менты, относящиеся ко всему изделию (сборочный чертеж, принципиальная электрическая схема, технические условия, эксплуатационные документы);

полный комплект – объединяет всю конструкторскую документацию на изделие.

1.4. Стадиииэтапыразработкиизделий

Согласно ГОСТ 2.103–68 с изменениями, изданными в 1988 г., проектирование изделий проходит следующие пять стадий и заканчиваясь на каждой из них оформлением и утверждением соответствующих документов:

1.МЕТОДОЛОГИЯ ПРОЕКТИРОВАНИЯ

1.4.Стадии и этапы разработки изделий

1.Техническое задание (ТЗ) – устанавливает основное назначение, технические характеристики, показатели качества, включает техникоэкономическое обоснование и специальные требования к изделию.

2.Техническое предложение – совокупность конструкторских документов, содержащих технические и технико-экономические обоснования целесообразности разработки документации на изделие. Эти обоснования должны исходить из анализа технического задания заказчика и различных вариантов возможных решений, их сравнительной оценки с учетом конструктивных и эксплуатационных особенностей разрабатываемого и существующих изделий и патентных исследований. После согласования и утверждения в установленном порядке техническое предложение является основанием для разработки эскизного (или сразу технического) проекта.

Объем работ по техническому предложению регламентируется ГОСТ 2118–73 и должен быть достаточным для сравнительной оценки выявленных вариантов, по которым определяются принципы действия, размещение составных частей, разрабатываются чертежи общих видов, габаритные чертежи, схемы. Результаты сравнительного анализа и оценки вариантов по показателям качества, техническая характеристика, описание и обоснование выбора предлагаемой конструкции излагаются в пояснительной записке.

3.Эскизный проект (ЭП) – совокупность конструкторских документов, содержащих принципиальные конструктивные решения, общее представление об устройстве и принципе работы изделия, а также данные по назначению, основным параметрам и его габаритным размерам. ЭП разрабатывается, если это предусмотрено ТЗ и протоколом рассмотрения технического предложения.

Состав документов ЭП регламентируется ГОСТ 2108– 68, объем работ

итребования – по ГОСТ 2119–73.

4.Технический проект (ТП) – совокупность конструкторских документов, содержащих конструктивные окончательные решения, полное представление об устройстве и принципе работы изделия, а также исходные данные для разработки рабочей документации. Объем работ по ГОСТ 2120–73.

5.Рабочая конструкторская документация (РП) предназначена для:

а) изготовления и испытания опытного образца (опытной партии) изделия, предназначенного для серийного (массового) или единичного производства;

б) серийного массового производства.

Проектной документации присваивают литеры «П», «Э» и «Т», рабочей документации– литеру «О» (после корректировки ее по результатам изготовления и предварительных испытаний); «О1» – скорректированной по результатам приемочных испытаний. При серийном производстве после изготовления и испытаний установочной серии и оснащения технологического процесса рабочей документации присваивают литеру «А».

1. МЕТОДОЛОГИЯ ПРОЕКТИРОВАНИЯ

1.5. Графическаядокументация

Следующие виды конструкторских документов – графических и текстовых – установлены ГОСТ 2.102–68 «Виды и комплектность конструкторских документов»:

1)чертеж детали – документ, содержащий изображение детали и другие данные, необходимые для его изготовления и контроля;

2)сборочный чертеж – документ, содержащий изображение сборочной единицы и другие данные, необходимые для ее сборки (изготовления) и контроля. К сборочным относят также чертежи, по которым выполняют монтаж гидро- и пневмосистем;

3)чертеж общего вида – документ, определяющий конструкцию и взаимодействие составных частей изделия, поясняющий принцип его работы;

4)теоретический чертеж – документ, определяющий геометрическую форму (обводы) изделия и координаты расположения составных частей;

5)габаритный чертеж – документ, содержащий контурные (упрощенные) изображения изделия с габаритными, установочными и присоединительными размерами;

6)электромонтажный чертеж – документ, содержащий данные, необходимые для выполнения электрического монтажа изделия;

7)монтажный чертеж – документ, содержащий контурное (упрощенное) изображение изделия и данные, необходимые для его установки (монтажа) на месте применения. К нему также относят чертежи фундаментов, специально разработанных для установки изделия;

8)упаковочный чертеж – документ с данными, необходимыми для выполнения упаковки изделия;

9)схема – документ, на котором условно изображены или обозначены составные части изделия и связи между ними.

1.6. Этапысозданияновыхмашин

Период с момента начала проектирования до окончания срока внедрения машины в производство складывается из следующих этапов:

проектирование; изготовление, отладка и доводка опытного образца;

промышленные (предварительных в условиях эксплуатации) испытания опытного образца, внесение выявившихся в ходе испытаний изменений;

государственные испытания и приемка опытного образца; разработка технической документации головной серии; изготовление головной серии, ее промышленные испытания;

разработка конструкторской документации и подготовка производства к серийному выпуску;

организация серийного производства.