Министерство образования

Российской Федерации

Тульский государственный университет кафедра “Электротехника и электрооборудование” Проектирование электротехнических устройств

КОНСПЕКТ ЛЕКЦИЙ

Направление подготовки: 140600 «Электротехника, электромеханика и электротехнологии»

Специальность подготовки: 140610 «Электрооборудование и электрохозяйства предприятий, организаций и учреждений»

Тула, 2005 г.

Лекция 1. Введение

1. Последовательность проектировочных работ.

2. Основные вопросы развития методики проектирования.

Проектирование - творческий процесс создания конструкторской документации (КД), по которой проводится изготовление Электротехнических и иных устройств (ЭТУ), называемых, в общем случае, научно-технической системой (НТС). Как правило, создание КД осуществляется отраслевыми проектными организациями (конструкторскими бюро, научно-исследовательскими институтами) по заданию заказчика. При поступлении КД на предприятие она корректируется по согласованию с заказчиком и проектной организацией с учетом конкретных условий производства.

Проектирование включает в себя следующие виды работ:

1.разработку требований, определяющих технические характеристики НТС;

2.выбор или разработку метода решения поставленной задачи (в том числе и выбор физических принципов построения проектируемой системы и ее элементов);

3.составление модели (физической и математической), учитывающей основные требования к НТС;

4.разработку структуры и выбор базовых элементов конструкции;

5.конструирование;

6.изготовление и испытание опытного образца НТС;

7.отработку конструкторской документации.

Разработка требований, определяющих технические характеристики НТС, проводится научно-исследовательскими институтами (НИИ) при выполнении различных научно-исследовательских работ. Их результаты находят отражение в техническом задании (ТЗ), которое является основным директивным документом при проектировании. ТЗ представляет собой перечень технических требований (ТТ) к создаваемому образцу и условий работы, которым эти ТТ должны отвечать. Непосредственный процесс проектирования, осуществляемый в конструкторских бюро, охватывает пункты 2-7; необходимо отметить, что последовательность указанных действий может быть достаточно разнообразной и определяется, как правило, традициями проектной организации. Следует также указать на итерационный характер проводимых операций.

Анализ перечисленных работ показывает, что в процессе проектирования приходится решать следующие задачи:

1.идентификации, т.е. получения математического описания модели объекта по результатам наблюдений;

2.анализа, связанного с определением характера поведения и погрешности проектируемой НТС с определенной структурой и параметрами в заданных ТЗ условиях эксплуатации;

3.синтеза, т.е. теоретических исследований по определению структуры и параметров НТС, обеспечивающих выполнение предъявляемых к ней требований;

4.конструирования, т.е. выбора элементов НТС и разработки конструкции;

5.экспериментирования на физических моделях и макетах с применением динамических стендов для задания внешних возмущений.

Первые три задачи решаются в процессе, так называемого, математического проектирования, поскольку в этом случае разработчик оперирует только с математической моделью проектируемого образца.

Отмеченные выше задачи проектирования, равно как и методы их решения, сложились в процессе исторического развития методики проектирования. Более того, и современный уровень разработки НТС не дает возможности сразу в полном объеме и достаточно точно получить требуемое решение.

Если рассматривать развитие методики проектирование от создания первых промышленных образцов технических изделий и до настоящего времени, то можно отметить, что первоначально были поставлены и успешно решены задачи анализа, конструирования и эксперимента. Это объясняется тем, что трудами многих отечественных и зарубежных ученых была создана мощная теоретическая база для развития прикладных наук, а бурное внедрение в процессе промышленной революции многочисленных технических устройств дало конструкторам богатый опыт их разработок. Опыт конструктора, его интуиция достаточно долгое время являлись единственными инструментами, которые использовались при разработке НТС. Таким образом, первоначальный этап развития методики проектирования характеризовался тем, что разработчики могли достаточно тщательно проводить анализ работы и определение погрешности проектируемого устройства, но выбор его структуры и параметров осуществлялся только с использованием опыта предыдущих разработок.

Постановка задачи синтеза, прежде всего, систем автоматического управления связана с развитием теории оптимальных систем. Существенным при этом является выбор критерия оптимизации, который должен осуществляться с учетом назначения и условий работ НТС. Впервые задача синтеза по критерию минимума среднеквадратической ошибки была поставлена и решена Колмогоровым А.Н. Далее эта теория была применена в теории автоматического управления Н. Винером. Дальнейшее развитие методов определения и построения оптимальных систем связана с именами отечественных (В.С. Пугачев, Б.Н. Петров, В.В. Солодовников, Л.С. Понтрягин, А.Ю. Ишлинский, А.М. Летов, А.А. Красовский, С.П. Дмитриев и др.) и зарубежных (Л. Заде, И. Рагаззини, Д. Лэнниг, Р. Беттин, Р. Калман, Р. Беллман и др.) ученых. Благодаря их работам к настоящему времени созданы инженерные методы синтеза технических систем, позволяющие таким образом выбирать структуру и параметры проектируемой системы, чтобы обеспечить ее функционирование с заданными качественными показателями.

Итак, современная методика разработки НТС в части ее математического проектирования характеризуется широким применением инженерных методов анализа и синтеза, наряду с использованием опыта предшествующих разработок. Что касается конструктивной разработки НТС, то отличительными чертами ее современного состояния являются:

1.стремление к снижению стоимости прибора, так как в настоящее время это является критерием прогресса в осуществлении многих проектов;

2.создание конструкций с использованием принципов художественного конструирования и решения вопросов промышленной эстетики;

3.использование последних достижений в области технологии производства для удовлетворения требований по чистоте, внедрения новых способов обработки и выбора поля допусков при изготовлении деталей и применения новых конструкционных материалов и изделий;

4.стремление к обеспечению требуемой надежности;

5.использование ЭВМ при выполнение всех видов работ.

При оценке перспектив развития методов проектирования необходимо иметь в виду следующие обстоятельства. Создание высокоскоростных и высокоманевренных объектов обуславливает разработку сложных систем управления с весьма жесткими требованиями по устойчивости их работы и точностным характеристикам. Сложившаяся практика проектирования сложных систем такова, что серийные образцы появляются лишь через несколько лет после начала работы над НТС. При этом из-за быстрого развития науки и техники проектируемая система к моменту создания уже не соответствует новому научному уровню, т.е. сразу становится морально устаревшей.

Поэтому основное направление в развитии методики проектирования НТС состоит в создании перспективных систем за короткие сроки. Указанная задача может быть решена только путем использования цифровой техники. Это использование будет осуществляться и уже осуществляется по следующим направлениям:

1.автоматизации расчетных работ, освобождающей проектировщика от ряда утомительных повторяющихся операций и повышающей производительность труда;

2.автоматизации алгоритмов отдельных задач или процедур проектирования, в первую очередь, математического, т.е. разработка машинных методов анализа и синтеза;

3.создании систем автоматизированного проектирования (САПР) конкретных НТС, в том числе, различных электротехнических устройств (ЭТУ).

Лекция 2. Основные этапы проектирования

1. Конструкторская документация.

2. Графическая и текстовая КД.

3. Техническое предложение

4. Аванпроект.

5. Эскизный проект.

6. Технический проект.

7. Разработка конструкции.

8. Разработка конструкции.

9. Иерархия конструкций.

10. Схема процесса проектирования.

Номенклатура конструкторских документов и порядок разработки НТС характеризуются единой последовательностью, которая для всех отраслей промышленности установлена единой системой конструкторской документации (ЕСКД) и системой разработки и подготовки продукции на производство (СРПП). Указанные документы подразделяют процесс проектирования на отдельные стадии, т.е. определяют последовательность, содержание работ и виды выпускаемых по завершению каждой стадии обязательной и необязательной конструкторской документации.

В соответствии с ГОСТ 2.102-68 конструкторская документация подразделяется на графическую и текстовую.

К графической КД относятся:

1.чертеж детали – изображение детали с данными, необходимыми для ее изготовления и контроля;

2.сборочный чертеж – изображение изделия с данным, необходимыми для его сборки и контроля. К нему относятся чертежи, по которым выполняется монтаж гидро и пневмосетей;

3.чертеж общего вида – изображение конструкции изделия, дающее представление о взаимодействии его основных частей и принципе работы;

4.габаритный чертеж – контурное (упрощенное) изображение изделия с габаритными, установочными и присоединительными размерами;

5.монтажный чертеж – контурное изображение изделия с данными для его установки (монтажа) на месте применения;

6.схема – условное изображение или обозначение составных частей изделия и связей между ними. Используются следующие схемы: структурная – определяет основной состав изделия, его функциональные части, их назначение и взаимосвязи; функциональная – поясняет процессы, происходящие в отдельных функциональных узлах или изделии в целом; принципиальная схема – определяет полный состав элементов изделия, связи между ними и дает детальное представление о принципе работы изделия; схема соединений – показывает соединение составных частей изделия и определяет провода, жгуты и кабели, а также метод их соединения; схема подключения – показывает внешние подключения изделия (используется при монтаже на месте эксплуатации и ремонте);общая схема – определяет составные части комплекса и их соединение между собой на месте эксплуатации; схема расположения – устанавливает указанное расположение отдельных составных частей комплекса;

7.спецификация – состав сборочной единицы, комплекса или комплекта

Требования к чертежам определяет ГОСТ 2.109-73 ЕСКД, к схемам – ГОСТ 2.701...2.703 и ГОСТ 2.770.

К текстовой КД относятся:

1.пояснительная записка – описание устройства и принципа действия изделия и технико – экономическое обоснование его разработки;

2.технические условия – перечень требований (совокупность показателей, норм, правил и положений) к изделию, его изготовлению, контролю, приемке и поставке, которые целесообразно показывать в различных видах КД;

3.программа и методика испытаний – технические данные, подлежащие проверки при испытании, а также порядок и методы их контроля;

4.расчеты величин и параметров;

5.ведомости спецификаций, покупных изделий, ссылочных документов и т.п.

В зависимости от способа выполнения и характера использования применяют следующие конструкторские документы:

1.оригинал – документы, выполненные на любом материале и предназначенные для изготовления подлинников;

2.подлинники – документы, оформленные подлинными подписями и позволяющие многократно снимать с них копии;

3.дубликаты – документы, идентичные подлиннику;

4.копии – документы, идентичные подлиннику (дубликату), снимаемые с них и предназначенные для непосредственного использования при разработке, изготовлении, ремонте и комплектации изделия.

ГОСТ 2.101-68 устанавливает следующие виды изделий:

1.деталь – изделие, не имеющее составных частей и изготовленное из однородного материала без применения сборочных операций. К деталям относятся изделия, изготовленные с помощью местной пайки, сварки, склеивания и т.п. (ось, пружина);

2.сборочная единица – изделие, составные части которого подлежат соединению на предприятии – изготовителе с помощью различных сборочных операций (свинчивание, клёпка, сварка, прессовка и т.д.),например, подшипник, редуктор, микросхема, штепсельный разъём и т.п.;

3.комплекс – два или более специфицированных изделия взаимосвязанного назначения, не соединённых на предприятии – изготовителе сборочными операциями, но предназначенных для выполнения взаимосвязанных эксплуатационных функций (например, комплекс командных приборов, АТС и т.п.);

4.комплект – два или более изделий, не соединённых на предприятии-изготовителе и представляющих собой набор изделий общего эксплуатационного назначения вспомогательного характера (зип, кип т.д.).

ГОСТ 2.103-68 ЕСКД устанавливает следующие виды этапов проектирования (проектов): техническое предложение, эскизный проект, технический проект. Указанные виды проектов выполняются на основании ТЗ и объединяются под общим названием “опытно-конструкторская разработка – ОКР”.

Техническое предложение (ТП) (ГОСТ 2.118-73 ЕСКД) разрабатывается в случае, если оно предусмотрено ТЗ, и имеет своей целью выявление дополнительных или обобщённых требований к НТС (технических характеристик, показателей качества и др.). Такие требования не могут быть указаны в ТЗ, поскольку обнаруживаются только при предварительной конструкторской проработке и анализе различных вариантов построения изделия.

В общем случае на этой стадии проектирования проводятся следующие работы:

-выявление вариантов возможных решений, установление их особенностей и конструкторская проработка каждого варианта;

-проверка вариантов на патентную чистоту и конкурентоспособность;

-проверка соответствия вариантов требованиям техники безопасности (ТБ) и производственной санитарии (ПС);

-сравнительная оценка предложенных вариантов по показателям качества, технологичности, стандартизации и унификации. Если для сравнительной оценки необходимо проверить принцип работы различных вариантов НТС, сравнить их по эргономическим и эстетическим показателям, то проводится макетирование;

-выбор варианта, в максимальной степени отвечающего требованиям ТЗ;

-установление требований по следующей стадии проектирования НТС.

При выполнении указанных работ широко используется вычислительная техника.

При разработке различных вариантов нового изделия и рассмотрении вопросов его реализации полезно придерживаться следующих правил:

1.работающее техническое изделие обходится значительно дешевле неработающего;

2.техническая система, при проектировании которой ставилась цель обеспечения низкой стоимости, как правило, неработоспособна.

ТП заканчивается выдачей КД следующей номенклатуры:

1.обязательные документы – ведомость ТП, пояснительная записка;

2.необязательные документы – чертёж общего вида, габаритный чертёж, схема. КД, разработанная для изготовления макетов, в комплект документов ТП не включается.

СРПП предусматривает ещё один вид проектной работы – аванпроект.

Разработка аванпроекта представляет собой самостоятельный комплекс работ, проводимый до начала ОКР для более глубокой предварительной разработки вопросов, определяющих необходимость и целесообразность создания (модернизации) изделия, пути его разработки, производства и эксплуатации. Аванпроект по содержанию аналогичен ТП (в ряде документов он так и называется) и формально отличается только тем, что его разработка ведется не в составе ОКР или ТЗ на ОКР, а в ходе отдельной самостоятельной (в том числе в финансовом отношении) работы, выполняемой по отдельному заданию и отдельному договору с заказчиком. Как правило, работа по аванпроекту проводится в случае проектирования очень сложной системы (система электрооборудования летательного аппарата, навигационная система и т.п.).

Эскизный проект (ЭП) (ГОСТ 2.119-73 ЕСКД) разрабатывается в случае, если он предусмотрен ТЗ или протоколом рассмотрения ТП. ЭП разрабатывают с целью установления принципиальных решений НТС, дающих общее представление о его принципе работы и (или) устройстве, когда это целесообразно сделать до разработки рабочей документации. На стадии ЭП, не повторяют работ, проведенных на стадии ТП, если они не могут дать дополнительных данных. В этом случае результаты ранее проведенных работ отражаются в пояснительной записке.

В общем случае на стадии ЭП проводятся следующие работы:

-выполнение вариантов возможных решений, установление особенностей вариантов и их конструкторская проработка;

-предварительное рассмотрение вопросов упаковки и транспортировки ЭТУ;

-изготовление и испытание макетов;

-разработка и обоснование технических решений, направленных на обеспечение показателей надежности;

-оценка изделия на технологичность и правильность выбора средств и методов контроля;

-оценка изделия по показателям стандартизации и унификации;

-оценка изделия на соответствие требованиям эргономики и технической эстетики;

-проверка вариантов на патентную чистоту и конкурентоспособность;

-проверка вариантов на соответствие требованиям ТБ и ПС;

-сравнительная оценка рассматриваемых вариантов, вопросы метрологического обеспечения;

-выбор оптимального варианта изделия и его обоснование;

-выявление на основе принятых принципиальных решений новых изделий и материалов, которые должны быть разработаны другими предприятиями, составление технических требований к этим изделиям и материалам;

-составление перечня работ для последующей стадии проектирования ЭТУ;

-проработка основных вопросов технологии изготовления.

На этой стадии работ проектировщик должен учитывать следующее.

1.Возможные пути разработки.

Возможности выбора путей создания конструкции достаточно широки и охватывают различные точки зрения каждого разработчика. Диапазон возможных направлений ограничен совокупностью требований разработчиков, технологическими, производственными и экономическими требованиями. Практический подход к разработке ЭТУ состоит в наиболее эффективной комбинации различных точек зрения путем их объединения, координации и применения противоречий.

2.Прошлый опыт.

Успех проектировщика зависит от умения конструировать, оценивать перспективы и использовать накопленный опыт. Опыт – чего “не надо делать” и что “следует сделать”. Отталкиваясь от приобретенных представлений, разработчик инстинктивно выделяет те вопросы совместимости и прочности и те возможности использования новых материалов или методов, которые требуют дополнительной проработки, а также проявляет настороженность в отношении возможностей новых материалов или методов. Опытный разработчик должен первым выдвигать новые идеи на основе своего опыта, не замыкаясь в нем, изыскивая новые решения старых и новых проблем. Опыт ограждает разработчика от повторения старых ошибок на новом пути и допускает возможность совершения новых ошибок, а следовательно, продвижения вперед по пути накопления знаний. Опытный разработчик часто добивается успеха, отказываясь от новых решений, которые не дали желаемых результатов, и используя в дальнейшем накопленные негативные знания.

3.Общие принципы проектирования.

Математическая модель описывает особенности динамики ЭТУ, которые необходимо учитывать при проектировании, так как они оказывают влияние на его точность. В идеале погрешность должна быть равной нулю; следовательно, при анализе математической модели необходимо учитывать влияние отдельных параметров на выходные характеристики ЭТУ. Поэтому основополагающий принцип проектирования – сведение к минимуму случайных погрешностей.

При разработке конструкции важно не только обеспечить сборку, но и предусмотреть возможность разборки. Она позволяет ввести в конструкцию усовершенствования, осуществить проверку и устранить ошибки проектирования, произвести повторные сборки для доработки деталей, исследовать их совместимость и т.п. Разработчик не может начать составление технического эскиза до тех пор, пока не определит габариты и не может определить габариты, пока не согласует такие параметры, как точность, мощность, скорость вращения т.д. При конструировании по принципу “извне – внутрь” в эскизе сначала выделяется пространство для монтажных устройств, электрических связей и теплового кожуха; в оставшемся пространстве размещается основная часть ЭТУ. При конструировании по принципу “изнутри –наружу” вначале разрабатывается основная часть ЭТУ.

После окончания ЭП необходимо представить следующие обязательные документы:

-ведомость эскизного проекта;

-пояснительную записку.

К числу необязательной КД этого этапа относят чертеж общего вида, теоретические чертежи, габаритный чертеж, схему, ведомость покупных изделий, ведомость разрешения применения покупных изделий, программы и методики испытаний, таблицы и расчеты.

Разработка технического проекта (ТП) (ГОСТ 2.120-73 ЕСКД) происходит в том случае, если она предусмотрена ТЗ и протоколами рассмотрения ТП и ЭП. ТхП разрабатывают с целью выявления окончательных технических решений, дающих полное представление о конструкции изделия, когда это целесообразно сделать до разработки рабочей документации. При необходимости ТхП может предусматривать разработку вариантов отдельных составных частей НТС. В этом случае выбор наиболее подходящего с точки зрения требований ТЗ варианта осуществляется на основании результатов испытаний опытных образцов изделия.

При разработке ТхП в общем случае проводятся следующие работы:

-разработка конструкторских решений изделия и его основных составных частей;

-выполнение необходимых расчетов;

-выполнение необходимых принципиальных схем, схем соединений и др.;

-разработка и обоснование технических решений, обеспечивающих показатели надежности;

-анализ конструкции на технологичность с учетом мнений предприятий – производителей;

-разработка, изготовление и испытание макетов;

-оценка изделия в отношении его соответствия требованиям эргономики и технической эстетики;

-оценка эксплутационных данных изделия;

-окончательное оформление заявок на разработку и изготовление новых изделий и материалов, применяемых в разрабатываемой НТС;

-проведение мероприятий по обеспечению заданного в ТЗ уровня стандартизации и унификации;

-проверка НТС на патентную чистоту и конкурентоспособность, оформление заявок на получение патентов;

-выявление номенклатуры покупных изделий;

-согласование габаритных, установочных и присоединительных размеров с заказчиком или основным потребителем;

-оценку технического уровня и качества изделия;

-разработку чертежей сборочных единиц и деталей;

-проверку соответствия применяемых решений требованиям ТБ и ПС;

-составление перечня работ, которые следует провести на стадии разработки рабочей документации в дополнение и (или) уточнении работ, предусмотренных ТЗ, ТП и ЭП.

Разработка конструкции НТС ведется на базе основных положений государственной системы стандартизации (ГОСТ 1.0-68). Различают стандарты общетехнические и стандарты общего целевого назначения. Последние образуют комплексы и системы стандартов. Большая группа стандартов объединения в комплекс нормативной проектно–конструкторской документации и составляет ЕСКД (ГОСТ 2.001-70 и далее). Эта система устанавливает единый для страны порядок разработки, выполнения, оформления, согласования, внесения изменений, учета, хранения и обращения КД.

Объектами стандартизации являются конкретная продукция, а также нормы, правила, требования, методы и обозначения, имеющие перспективу многократного применения в науке, технике и промышленном производстве. Стандартами являются все конструкционные материалы, многие типовые элементы конструкций, детали, крепежные изделия и “готовые” изделия механических устройств, составляющих кинематическую схему технической системы. Стандартны механические и электротехнические модули, микромодульные электротехнические элементы, интегральные микросхемы, вакуумные и полупроводниковые приборы, конденсаторы, резисторы, реле, двигатели и многие другие элементы электрической схемы проектируемого устройства.

В тоже время ряд ЭТУ, хотя и может выпускаться в массовом производстве, не является объектами стандартизации из–за специфических особенностей работы.

Общая тенденция современного конструирования состоит в решении двух противоречивых задач: уменьшении массогабаритных характеристик и увеличении надежности конструируемого изделия. Решение таких задач возможно лишь на общей технической базе – комплексной миниатюризации и микроэлектронике при широком внедрении стандартизации и унификации в практику проектирования и производства.

При системном подходе к конструкции ЭТУ отчетливо просматривается принцип “дискретности” его структуры, когда отдельные элементы образуют уровни, находящиеся в иерархической соподчиненности и взаимной связи. Таким образом, конструкция – это многоуровневая система, в которой различают:

-нулевой структурный уровень – элементный базис, т.е. изделия общего применения (резисторы, конденсаторы, полупроводниковые приборы, микросхемы общего применения, кремниевые элементы, зубчатые и другие элементы и т.д.)

-первый структурный уровень – объединяет неделимые схемные элементы нулевого уровня в сборочные единицы более высокого функционального назначения (кольца, коллекторы, корпуса, ротор двигателя и т.д.)

-второй структурный уровень составляют блоки, которые не могут применятся самостоятельно (сельсин – приемник, двигатель и т.п.)

-третий структурный уровень – еще более сложное структурное образование, а иногда и готовое изделие.

Идея такой дискретной градации составляет общую методику конструирования. Она разработана на базе модульного принципа и широко внедряется во все области техники. Модульная система использует пространственную геометрическую сетку, в которую должны вписываться все элементы конструкции так, чтобы получить единое целое. Модульный принцип воплотился в функционально – узловом методе, который пришел на смену функционально – блочному.

Функционально – блочный метод определяет проектирование каждого блока для выполнения определенной функции (источник питания, усилитель и т.п.) В этом случае каждый блок разрабатывается в виде моноконструкции, единой по своей технологии и изготовлении каждый раз вновь спроектированных (и не проверенных в эксплуатации) функциональных узлов. При стыковке таких блоков приходится проводить дополнительные доработки конструкции “по месту”. Например, имеется редуктор с определенным передаточным отношением; если требуется другое передаточное отношение, то конструируется другой редуктор и вновь проводится его доработка.

Функционально – узловой метод основан на разделении конструкции на схемно и конструктивно законченные части. Важнейшее его преимущество – возможность использования функциональных узлов в качестве унифицированных деталей – модулей. Так как указанные модули подвергаются сравнительному анализу до запуска в серию и длительной эксплутационной проверке, то надежность конструкции возрастает. Этот метод позволяет широко внедрить поточный или полностью автоматизированный способ производства. При этом методе конструкция ЭТУ комплектуется из функциональных узлов, размеры которых подчиняются модульной соизмеримости. Модульная соизмеримость заключается в кратности всех номинальных размеров конструкции регламентированной единицы измерения – модулю (например, редуктор на сто передаточных отношений, годных для двигателей ДиД – 1, ДиД – 2, ДГ – 1, ДГ – 2; интегральные схемы общего применения и т.д.)

Исходя из вышеотмеченного, конструкцию любого технического изделия можно представить в виде совокупности деталей и узлов со строго установленным взаиморасположением. При этом разбиение на узлы осуществляется либо по функциональному признаку, либо связано с технологией изготовления; причем первое предпочтительнее.

Высшая форма конструирования – построение изделия на базе единой системы типовых конструкций, когда используется принцип - “целое состоит из частей, на которое оно может быть разложено и из которых может быть снова собрано”. Таким образом, единая система должна обеспечивать получение возможно большого числа различных изделий из возможно меньшего числа различных элементов – модулей.

При разработке конструкции всего изделия или его отдельных конструктивных элементов необходимо всегда иметь в виду, что чертежи должны содержать лишь необходимую информацию, отвечающую их целевому назначению. Исключение избыточной информации делает чертеж менее трудоемким в исполнении, читается легко и целенаправленно. Для этого необходимо соблюдать следующие правила:

1.Количество видов должно соответствовать основным плоскостям проекций; надо стремится к меньшему числу видов, показывая недостающие сведения на частичных видах. Это позволяет сократить объем графической работы и направить внимание читающего чертеж на нужный элемент изделия.

2.Широко использовать графические упрощения на чертежах сборочных единиц. Принято не показывать фасок на стержнях и отверстиях с резьбой, на изображениях головок болтов, гайках и шайбах; не изображать скруглений, проточек, углублений и т.д.; допускается не показывать монтаж проводников и кабелей.

3.Вместо полных видов применять целесообразное количество разрезов и сечений.

4.Не режутся такие детали, как проводниковые элементы, электровакуумные приборы, конденсаторы, трансформаторы, магнитные усилители, реле, переключатели, винты, гайки, и другие элементы монтажа.

5.Использовать упрощенные изображения крепежных деталей взамен полных.

6.Количество надписей, размеров, выносных и размерных линий должно быть минимальным.

При разработке конструкции необходимо учитывать эволюцию отдельных конструктивных элементов ЭТУ. Особый интерес в этом направлении представляют подшипники выходной оси, конструкционные материалы, уплотнения и обмотки электроэлементов. Шарикоподшипниковые опоры уступают место кремниевым, поплавковому подвесу. Вместо кремниевой опоры могут использоваться торсионы и гидростатические или гидродинамические опоры, подшипники с газовой смазкой и т.п. При выборе конструкционных материалов необходимо иметь в виду, что общая тенденция состоит в переходе от более плотных материалов к менее плотным.

Обязательными документами по завершению ТхП являются чертежи общего вида, ведомость ТхП и пояснительная записка. К числу необязательных документов относятся: чертежи деталей, теоретические чертежи, габаритные чертежи, схемы, ведомости покупных изделий и ведомости разрешения применения покупных изделий, технические условия, программа и методика испытаний, таблицы и расчеты.

Для наглядного и целостного представления процесс проектирования нового изделия можно представить в виде следующей схемы с указанием взаимосвязей между ее отдельными элементами:

Рис. 1 – структурная схема процесса проектирования

1.– этапы разработки КД по ГОСТ 2.103-68

2.– этапы проведения ОКР по СРПП

В свою очередь, КД, разработанная на различных этапах проектирования, может быть классифицирована следующим образом:

Рис. 2 – основные типы конструкторской документации

Лекция 3. Общие методы проектирования.

1. Основы системного подхода.

2. Элементарные методы и методы синтеза.

3. Методы технического творчества.

4. Ассоциативные методы.

5. Метод контрольных вопросов.

6. Метод мозгового штурма.

7. Синектика.

8. Морфологический анализ.

9. Метод принятия решений.

Для обеспечения общего подхода к проектированию различных НТС и требуемым для этого методам необходимы формулировки определенных ограничений и обобщений. Полезным при этом оказывается системный подход, когда объект рассматривается без учета физических принципов его работы, конкретной структуры и условий эксплуатации. С этой целью вводится понятие “техническая система”, под которой понимается ограниченная область окружающей среды, имеющая определенную структуру, выполняющая определенную функцию и взаимодействующая с окружающей средой. Проектировщик должен однозначно определить свойства цепочки “структура – функция – окружающая среда”, чтобы составить ту или иную модель НТС.

Дадим определение элементов указанной цепочки.

1.Структура – внутреннее строение НТС; каждая структура состоит из отдельных элементов.

2.Функция – объективно измеряемое свойство, которое характеризуется параметрами НТС и связано с ее назначением. Различают общую и частную функции. Общая характеризует НТС как единое целое. Частные подразделяются на:

-главные и вспомогательные – в зависимости от их значения в выполнении задачи; эти функции позволяют выделять в технической системе функционально ограниченные подсистемы;

-основные и элементарные – в зависимости от типа изменений функции в процессе ее выполнения; эти функции определяют уровень, при котором рассматриваемая структура позволяет выделять из общей функции частные;

-частные функции преобразования энергии и информации – в зависимости от физического характера функции.

Естественно, что перечисленные функции взаимосвязаны между собой для выполнения общей функции НТС, которая определяется ее структурой. При этом один элемент структуры может выполнять не одну, а несколько функций и, наоборот, несколько элементов могут выполнять одну конкретную функцию.

3.Окружающая среда – совокупность внешних объектов, взаимодействующих с НТС.

С учетом введенных понятий рассмотрим основные методы проектирования, которые подразделяются на элементарные методы, методы синтеза, творчества и принятия решений.

Элементарные методы и методы синтеза.

Ранее было показано, что при решении проектных задач, в частности, задач анализа и синтеза определенное число творческих операций повторяется. Такими операциями являются элементарные методы и методы синтеза.

К первой группе относятся:

-Абстрагирование – получение идеальных понятий и представлений о предметах. Виды абстрагирования – генерализация, изоляция и идеализация. Генерализация – отсеивание незначительных элементов, подчеркивание признаков, важных для поставленной цели; изоляция – выделение из множества и относительно независимая “обработка” отдельных свойств изделий; идеализация – построение модели при пренебрежении всеми нарушающими ее отклонениями. Генерализация, изоляция и идеализация используются одновременно, поскольку практически их невозможно выделить. Выбор уровня абстрагирования оказывает влияние на решение последующих проектных задач: если исходную информацию в ТЗ сформулировать слишком обще, то количество возможных решений будет очень большим, при слишком детализированных исходных данных поиск решения окажется невозможным.

-Классификация – упорядочение или систематизация множества решений. Классификация информации является основным условием для ее повторного поиска и использования. Система упорядочения может быть построена по принципу иерархической или параллельной классификации. При этом широко используются ЭВМ.

В основе методов синтеза лежат три аксиомы:

1.Аксиома целостности – каждое конструкторское решение по форме, содержанию и выполняемым функциям определено его элементами и соотношениями между ними.

2.Аксиома ошибки – каждое проектное решение несет в себе ошибки. Эти ошибки являются результатом недостатков творческого продумывания будущего изделия и реализации его в материале.

3.Аксиома фактора времени – любое проектное решение заменяется более совершенным (моральный износ).

Синтез подразделяется на:

1.Определение общей функции.

При разработке НТС необходимо создать такую ситуацию, которая позволяет отвлечься от известных решений, а также преодолеть инерцию традиций. Для этого необходимо использовать соответствующее абстрагирование, которое осуществляется в следующей последовательности:

-отбрасывание информации ТЗ, не относящейся к выполнению общей функции;

-пренебрежение количественными данными, т.е. оценка только качественных параметров (например, только методических погрешностей при идеализации конструкции);

-пренебрежение признаками функционально важных входных величин (например, рассмотрение только одного канала коррекции).

2.Синтез функциональных структур

В этом случае для определенной общей функции необходимо выявить возможные частные функции. Синтез при этом может проводится по пути поиска метода решения или функциональных элементов (при разработке ЭТУ эти элементы, как правило, известны). Существует несколько методов поиска функциональной структуры:

-метод “черного” ящика – поиск и объединение частных функций осуществляется в следующей последовательности: использование частных функций уточненной задачи, построение структуры системы, представленной в виде черного ящика, начиная с входных и выходных величин;

-использование новых физических эффектов;

-определение функциональной структуры с помощью системного анализа, путем использования известных решений для разработки новых вариантов или попытки реализовать их другим способом;

-комбинация: при этом выполняются операции по определению необходимых элементов и их объединению. Комбинация требует выполнения следующих условий: рассматриваемый ЭТУ должен иметь структуру, т.е. он может быть разложен на отдельные элементы; эти элементы должны допускать создание более одного варианта реализации;

-вариация: при проектировании нередок случай, когда синтезированная структура ЭТУ не полностью удовлетворяет требованиям ТЗ, однако является новой и перспективной. Такие решения необходимо проверить на возможность их усовершенствования так, чтобы они отвечали этим требованиям. Для этого используют вариацию, которая может быть осуществлена за счет вариации окружающей среды, функции и структуры.

Учение о продуктивном творческом мышлении и о методах творчества называется эвристикой. В настоящее время создан фундамент этой науки, определилась терминология, некоторые основные понятия. Рассмотрим некоторые наиболее популярные и эффективные методы и методики поиска технических решений и активизации творчества.

Ассоциативные методы поиска технических решений.

Решение проектных задач связано с поиском отдельных аналогов, переносом знаний из одной области в другую, интерпретацией нового посредством известных понятий, поэтому ему трудно обойтись без ассоциаций. Ассоциация – связь, возникающая при определенных условиях между двумя или более психическими образованиями (ощущениями, двигательными актами, восприятиями, идеями и т.п.).

К ассоциативным методам относятся:

1.метод каталога;

2.метод фокальных объектов;

3.метод гирлянд случайностей и ассоциаций.

Если на совершенствуемый объект перенести признаки других, случайно выбранных объектов, то резко возрастает число неожиданных вариантов решения. Эта идея послужила основой метода активизации творчества, предложенного в 1926 г. профессором Берлинского университета Кунце (метод каталога), который был в 50-х годах усовершенствован американским изобретателем Вайтингом (метод фокальных объектов). Сущность метода фокальных объектов состоит в перенесении признаков случайно выбранных объектов на совершенствуемый объект, который лежит как бы в фокусе переноса. Применяют этот метод в следующем порядке:

-выбор фокального объекта (например, часы);

-выбор случайных объектов наугад из словаря, каталога, технического журнала- (кино, змея, касса, полюс);

-составление списков признаков случайных объектов (кино- широкоэкранное, звуковое, цветное, объемное и т.д.);

-генерирование идей путем присоединения к фокальному объекту признаков случайных объектов (широкоэкранные часы, звуковые часы, цветные часы, объёмные часы);

-развитие полученных сочетаний путем свободных ассоциаций (вместо узкого циферблата использовать широкий );

-оценка полученных идей и отбор полезных решений экспертом.

Дальнейшим развитием метода фокальных объектов является метод фокальных случайностей и ассоциаций, разработанный советским изобретателем Бушем. Он помогает найти большое количество подсказок для новых идей путем образования ассоциаций. Например, требуется определить новые и полезные модификации стульев. Задача решается в следующей последовательности:

1.определение гирлянды синонимов для слова стул: кресло – табурет – пуф – скамейка;

2.выбор второй гирлянды из слов, взятых наугад: электролампочка – решётка – карман – кольцо – цветок – пляж;

3.образование комбинаций из элементов гирлянд синонимов и случайных объектов (каждый синоним соединяют с каждым случайным объектом): стул с электролампочкой, решетчатый стул, стул с карманами, табурет для цветов;

4.составление перечня признаков случайных объектов: электролампочка – с цоколем, стеклянная, колбообразная, матовая, цветная;

5.генерирование идей путем поочередного присоединения к техническому объекту и его синонимам признаков случайно выбранных объектов: стеклянный стул, теплоизлучающее кресло, колоколообразный пуф, прозрачное кресло и т.д.;

6.генерирование гирлянд ассоциаций поочередно из признаков случайных объектов, выявленных на шаге 4. Например, если у объекта "электролампочка" взять в качестве ключевого слова признак "с цоколем", то можно получить гирлянду ассоциаций: цоколь – дом – кирпич – пористый – губка - моющее средство – порошок – пена – пузырь – воздух – кислород – окислы – металл – звон – звук – колебания и т.д.;

7.генерирование новых идей путем присоединения к элементам гирлянды синонимов технического объекта элементов гирлянд ассоциаций. Тогда образуются такие варианты: кресло в виде пузыря, табурет из пены, стул из пористого материала, пуф, наполняемый воздухом и т.д.;

8.принятие решения о необходимости генерирования дальнейших гирлянд ассоциаций;

9.оценка и выбор рациональных вариантов идей;

10.отбор оптимального варианта.

Метод контрольных вопросов применяется для психологической активизации творческого процесса. Цель его – с помощью наводящих вопросов подвести к решению задачи. Списки таких вопросов предлагались различными авторами с 20-х годов нашего столетия. Метод может применяться либо в форме монолога изобретателя, обращенного к самому себе, либо диалога, например, в виде вопросов, задаваемых руководителем членам группы генераторов идей. Суть метода состоит в том, что разработчик отвечает на вопросы, содержащиеся в списке, и в связи с ними рассматривает свою задачу. Широко распространены универсальные вопросники. За рубежом чаще используют вопросник, разработанный Осборном, который содержит 9 групп вопросов:

1.Какое новое применение техническому объекту вы можете предложить? Как модифицировать известные способы применения?

2.Возможно ли решение проектной задачи путем приспособления, упрощения, сокращения. Что напоминает вам данный технический объект? Имеются ли в прошлом аналогичные проблемные ситуации, которые можно использовать? Что можно скопировать?

3.Какие модификации технического объекта возможны и каким путем? Какие изменения назначения (функции), цвета, движения, формы, запаха, очертаний возможны?

4.Что можно увеличить в техническом объекте? Что можно присоединить? Возможно ли увеличение времени службы, воздействия, частоты, размеров, прочности, качества?

5.Что можно в техническом объекте уменьшить? Что можно заменить? Можно ли что-нибудь уплотнить, сжать, сгустить, укоротить, сузить, отделить, раздробить?

6.Что можно в техническом объекте заменить - материал, источник энергии, расположение элементов?

7.Что можно преобразовать в техническом объекте? Какие компоненты можно взаимно заменить? Возможно ли изменение последовательности операций или режима работы?

8.Что можно в техническом объекте перевернуть наоборот? Нельзя ли обменять местами противоположно расположенные элементы?

9.Какие новые комбинации элементов технического объекта возможны?

Наиболее обширен и универсален вопросник мысленного эксперимента советского изобретателя Буша. В нем содержатся, например, такие вопросы: - как решить задачу, если не считаться с затратами, если от её решения зависит жизнь человека, если технический объект будет использован в качестве игрушки? Нельзя ли отвергнутые в прошлом принципы решения использовать сейчас при современных технических возможностях? Как выглядит перечень всех основных недостатков известных решений задачи? Каким должно быть решение, если устранить их?

Метод мозгового штурма

Основные правила мозгового штурма заключаются в следующем:

1.Задачу последовательно решают 2 группы людей по 6-12 человек в каждой. Первая группа только выдвигает идеи – это группа "генераторов идей". Задача штурмуется 20-40 минут. Вторая группа - "эксперты" по окончании штурма выносит суждение о ценности выдвинутых идей.

2.Основная задача группы "генераторов" - выдать за отведенное время как можно больше идей (в том числе фантастических и явно ошибочных). Регламент на каждую идею – не более 2 минут.

3.При генерации идей запрещена всякая критика, не только явная словесная, но и скрытая – в виде скептических улыбок, мимики, жестов и т.д. В ходе штурма должны быть установлены свободные и доброжелательные отношения.

4.Экспертизу и отбор идей после окончания процесса генерирования следует проводить очень внимательно (даже при абсурдных идеях).

5.Процессом решения задачи управляет руководитель штурма, который обеспечивает соблюдение всех условий и правил.

6.Если задача не решена в ходе штурма, можно повторить процесс решения, однако лучше это сделать с другим коллективом или сделать старую задачу неузнаваемой (например, в более широкой формулировке).

Для активизации процесса генерации идей в ходе штурма рекомендуется использовать некоторые приёмы:

-инверсия (сделай наоборот)

-аналогия (сделай так, как это сделано в другом решении)

-эмпатия (считай себя частью совершенствуемого объекта и выясни при этом свои чувства, ощущения)

-фантазия (сделай нечто фантастическое).

Руководитель может использовать также списки контрольных вопросов. При анализе идей нужно стремиться извлечь из них рациональное зерно, может быть, даже развить высказанную идею. Если она отвергается, следует задать себе ещё ряд вопросов, при сильном расхождении – выяснить причину расхождения.

В настоящее время появился ряд разновидностей метода мозгового штурма: индивидуальный, обратный, парный, массовый, двухступенчатый, с оценкой идей, конференция идей, с дополнительным сбором предложений и т.д.

Индивидуальный мозговой штурм проводит один человек, последовательно генерируя идеи, а затем оценивая их. В обратном мозговом штурме основное значение придают критике: раскрывают противоречия, дефекты и недостатки конкретного технического объекта.

При массовой мозговой атаке всех участников делят на группы по 5 – 7 человек, руководители групп за 2 – 3 дня предупреждаются о предстоящей сессии, знакомятся с порядком её проведения и с задачей, которую нужно решать. Время работы групп – 15 минут. Затем руководители групп в течении 5 – 7 минут оценивают полученные идеи и выбирают из них по 3 – 4 идеи для сообщения и обсуждения в массовой аудитории.

Мозговой штурм с оценкой идей предназначен для решения сложных конструктивных задач, когда желательно использовать знания и опыт творческого коллектива. Решение осуществляется путем последовательного выполнения следующих шагов:

-постановки задачи;

-прямого мозгового штурма;

-предварительной оценки идей;

-сбора предложений;

-окончательной оценки идей;

-группового просмотра идей;

-обобщающего доклада;

-сбора и обобщения комментариев по докладу.

Чем сложнее проблема, тем длительнее реакция на поставленную задачу. В связи с этим на следующий день после мозгового штурма необходимо провести дополнительный сбор предложений.

Синектика – метод, при котором решение находят с помощью аналогий из областей, лежащих за пределами рассматриваемого вопроса (например, в живой природе). Это наиболее сильная из созданных методик психологической активизации творчества. Она является дальнейшим развитием и усовершенствованием мозгового штурма. При использовании синектики формируют постоянные группы по 5 – 7 человек из людей различных специальностей; желательно даже, чтобы каждый из них имел несколько различных профессий.

В отличие от мозгового штурма при проведении сессии синектиков используются некоторые приемы психологической настройки, в том числе с очень активным применением аналогий.

Структура совместного синектического процесса представлена на рис.3:

Поясним указанные операции.

1.Условия изобретательской задачи известны только руководителю, сессия начинается с обсуждения общих проблем (физических принципов процесса). Круг вопросов сужается под влиянием наводящих вопросов руководителя и приглашенных экспертов – специалистов.

2.Каждый участник, включая эксперта, обязан найти и оригинально сформулировать одну цель решения.

3.В начальной стадии обсуждения участники стремятся немедленно (без соблюдения синектических процедур) найти решение проблемы.

4.Членам синектической группы дается возможность сформулировать проблему так, как она им представляется.

5,6,7.Перед генерированием идей проводят экскурсию по различным областям техники, живой природы, политики, религии и т.п. с целью выявления того, как подобные проблемы могли бы быть решены в этих далеких областях. Основная цель экскурсий – найти новую точку зрения на рассматриваемую проблему.

Рис. 3 – структура синетического процесса

Синекторы используют четыре вида аналогий: прямую, личную, символическую и фантастическую. В первом случае выявленные признаки, свойства и т.д. непосредственно переносятся на технический объект, например, окраска прибора под цвет какого-либо минерала. При использовании личной аналогии разработчик отождествляет себя с техническим объектом. В третьем случае требуется в двух словах сформулировать фразу, отражающую суть явления и найти удачные названия. Фантастическая аналогия - введение фантастических средств для выполнения поставленной задачи.

8,9,10. Перенос (или перемещение) обнаруженных в процессе генерации новых идей к проблеме, как она дана или как её понимают, и выявление их возможностей. Здесь ведущий пытается связать полученный, внешне не относящийся к делу, материал с проблемой в том виде, в каком она была представлена. Отдельные слова, возникающие в процессе обсуждения, используются, чтобы вызвать новые точки зрения на проблему, способствующую генерированию новых идей.

11.Признание наиболее удачной идеи и её развитие ведется уже на специальном технической языке.

Морфологический анализ разработан в 1942 г. швейцарским астрономом Ф. Цвикки, который в этот период был привлечен к участию в ранних стадиях ракетных исследований и разработок в американской фирме "Аэроджет инжиниринг корпорейшн". По утверждению Ф. Цвикки, более 70 крупных промышленных фирм используют этот метод при решении разнообразных научно-технических задач. В результате его применения сам Ф. Цвикки создал серию оригинальных изобретений, в том числе баллистические устройства, оригинальные силовые установки, взрывчатые вещества, способ комбинированной фотографии и т.д.

Морфологический анализ является первым примером системного подхода в области изобретательства. Объектом морфологического анализа является проблема вообще (техническая, научная, социальная и т.д.) При этом считается, что точная формулировка проблемы автоматически раскрывает наиболее важные параметры, от которых зависит её решение, а каждый параметр может быть разбит на ряд значений. Причем любое сочетание значений параметров считается принципиально возможным.

Основной принцип морфологического анализа состоит в систематическом исследовании всех мысленных вариантов, вытекающих из закономерностей строения (т.е. морфологии) совершенствуемой системы. Сущность анализа заключается в следующем. В совершенствуемой технической системе выделяют несколько характерных для нее структурных или функциональных морфологических признаков. Каждый признак может характеризовать, например, какой-то конструктивный узел, какую-то функцию, какой-то режим работы, т.е. параметры или характеристики системы, от которых зависит решение проблемы и достижение основной цели.

По каждому выделенному морфологическому признаку составляют список его различных конкретных вариантов, альтернатив, технического выражения. Признаки с их альтернативами можно располагать в форме таблицы, что позволяет лучше представить себе поисковое поле. Перебирая всевозможные сочетания альтернативных вариантов выделенных признаков, можно выявить новые варианты решения задачи, которые при простом переборе могли быть упущены.

Метод предусматривает выполнения работ в пять этапов:

1.Точная формулировка задачи (проблемы), подлежащей решению. Например, необходимо изучить морфологический характер всех видов гироскопических стабилизаторов и предложить новую эффективную схему (конструкцию) гироскопического устройства для стабилизации оптического изображения.

2.Составлении описка всех морфологических признаков, т.е. всех важных характеристик объекта, его параметров, от которых зависит решение проблемы и достижение основной цели.

3.Точная формулировка задачи и определение класса изучаемых систем (устройств) позволяют раскрыть основные признаки или параметры, облегчающие поиск новых решений.

Применительно к гироскопическому стабилизатору оптического изображения морфологическими признаками могут быть: А – чувствительный элемент, Б – оптический элемент, В – система подвеса стабилизатора и оптического элемента, Г – вид опоры, Д – кинематическая связь стабилизатора с оптическим элементом, Е – обеспечение возможности управления положением оптического элемента и т.д.

4.Раскрытие возможных вариантов по каждому морфологическому признаку (характеристике) путем составления матрицы.

Каждая из характеристик (параметров, морфологических признаков) обладает определенным числом различных вариантов, независимых свойств, форм конкретного выражения. Например, для гиростабилизатора оптического изображения возможны следующие варианты: А1 – трехстепенной гироскоп, А2 – двухстепенной гироскоп, A3 – датчик угловой скорости, А4 – интегрирующий гироскоп, А5 – вибрационный гироскоп, А6 – лазерный гироскоп и т.д. Б1 – оптический прибор, Б2 – объектив оптического прибора, БЗ – зеркало, Б4 – куб-призма, Б5 – оптический клин, Б6 – линза и т.д. В1 – одноосный карданов подвес, В2 – двухосный карданов подвес, ВЗ – трехосный карданов подвес и т.д. Г1 – шарикоподшипниковые опоры, Г2 – воздушные газовые опоры, ГЗ – жидкостные опоры, Г4 – магнитные опоры и т.д. Д1 – рычаги, Д2 – тяги, ДЗ – редукторы, Д4 – лента со шкивами, Д5 – электромеханическая и т.д. Е1 – управление на оси стабилизатора, Е2 – управление через гироскоп, ЕЗ – управление на оси оптического элемента и т.д.

Сочетание одного из возможных вариантов морфологического признака с другими от каждого признака дает одно из возможных технических решений. Полное число решений в этом случае

n

N= _i

i=1

к – количество вариантов;

n – число морфологических признаков

В предложенном примере N= 6х6х3х4х5х3=6480.

5.Определение функциональной ценности всех полученных вариантов решений.

Это наиболее ответственный этап метода. Чтобы не запутаться в огромном числе решений и деталей, оценка их характеристик должна проводится на универсальной и, по возможности, простой основе, хотя это не всегда легкая задача. Должны быть рассмотрены все N вариантов решений, вытекающих из структуры морфологической таблицы, и проведено их сравнение по одному или нескольким наиболее важным для данной технической системы показателям.

6.Выбор наиболее рациональных конкретных решений.

Нахождение оптимального варианта может осуществляться по лучшему значению наиболее важного показателя технической системы.

Воспользовавшись приведенным методом, составим морфологическую матрицу гироскопического устройства для стабилизации оптического изображения на подвижном основании с высокой точностью, большими углами и скоростями управления.

[ А1	А2	А3	А4	А5	А6 ]	-чувствительный элемент
[ Б1	Б2	Б3	Б4	Б5	Б6 ]	-оптический элемент
[ В1	В2	В3 ]				- система подвеса
[ Г1	Г2	Г3	Г4 ]			-опора подвеса
[ Д1	Д2	Д3	Д4	Д5 ]		-кинематическая связь
[ Е1	Е2	Е3 ]				-управление

Рисунок 4 – морфологическая матрица проектируемого изделия

Здесь кружками отмечено сочетание признаков, наиболее полно выполняющих поставленную задачу.

Морфологический анализ создает основу для системного мышления в категориях основных структурных признаков, принципов и параметров, что и обеспечивает высокую эффективность его применения. Он является упорядочным способом исследования, позволяющим добиться систематического обзора всех возможных решений данной крупномасштабной проблемы. Метод строит мышление таким образом, что генерируется новая информация, касающаяся тех комбинаций, которые при бессистемной деятельности воображения ускользают от внимания.

Хотя морфологическому образу мышления внутренне присуще убеждение, что все решения могут быть реализованы, при этом, естественно, многие из них оказываются сравнительно тривиальными. Трудность применения морфологического анализа заключается в том, что до сих пор не существует какого-либо действительно практического и универсального метода оценки эффективности того или иного варианта решения. Если бы он был найден, то можно было бы, исходя только из теоретических соображений, выбирать оптимальную комбинацию элементов для каждого проектируемого устройства.

Наиболее целесообразно использовать морфологический анализ при решении конструкторских задач общего плана: при проектировании машин и поиске компоновочных или схемных решений. Метод может применяться для выполнения более простых задач, а также при прогнозировании развития технических систем, при определении возможности патентования в том или ином абстрактном виде комбинаций основных параметров с целью "заблокировать" будущие изобретения.

Метод принятия решений.

При большом количестве вариантов решения проектной задачи возникает необходимость выбора конкретного решения из множества имеющихся. Для принятия решения, благоприятного для процесса проектирования, необходимо его подготовить. Эта подготовка включает в себя два шага:

1.Причина ошибок, под которыми понимают отклонение имеющегося результата от заданного. Их ошибка осуществляется в три этапа: выявление, оценка и устранение. На первом этапе устанавливается сам факт наличия ошибок. При этом производится сравнение свойств сконструированного изделия со свойствами, требуемыми ТЗ. Затем выявляются взаимосвязи между ошибками, для чего необходимо выявить их причины и проявления. Оценка и устранение ошибок возможно различными путями:

-“примирение” с ошибкой, когда ее невозможно или нежелательно (по экономическим соображениям) устранять;

-предотвращение ошибки, предусматривающее устранение причины ошибок;

-компенсация проявления ошибок путем качественной и количественной вариации структуры или изменений окружающей среды (например, эксплуатация в помещении с определенной температурой, дополнительное вакуумирование и т.п.)