РАЗРАБОТКА НОВОГО ИЗДЕЛИЯ

Изучение технического задания является предпроектной стадией. Во время этого процесса разработчик наводит справки, знакомится с литературой, изучает чертежи изделий, имеющих отношение к разработке, и аналогов. Одновременно уточняются технические требования, предъявляемые к новому изделию, и выясняются ограничения (условия, которые должны быть обязательно учтены при решении задачи). Изучение технического задания позволяет уяснить цель разработки и убедиться в том, что эта цель в задании сформулирована правильно. Если требуется, разработчик обязан обоснованно доказать необходимость его корректировки. В противном случае ошибка разработчика технического задания может привести к неверному направлению всей разработки.

При изучении технического задания у разработчика начинают мысленно вырисовываться различные варианты новой конструкции, разные компоновки. Этот период характеризуется созреванием конструктивных образов, процесс возникновения которых для каждого разработчика носит индивидуальный характер. Всестороннее изучение вопроса само наводит на разные конструктивные варианты. Но основной процесс проектирования заключается в разработке конструктивных исполнений с применением общих принципов разработки. Основы проектирования и конструирования дают эти общие принципы, и они широко освещаются в технической литературе и учебниках.

В процессе разработки нового изделия разработчику рекомендуется руководствоваться следующими соображениями. Следует идти от необходимого к желаемому, а от желаемого к допустимому. Качество конструктивного решения изделия зависит от качества идеи или принципа использованного в конструкции изделия. Следует находить побольше технических решений для выбора наилучшего; разрабатывать варианты известных технических решений, но в других ситуациях. Стремиться в любом вопросе выяснять все необходимые детали, способные повлиять на разработку. Оценивать сравнительную важность каждого варианта, чтобы облегчить выбор наилучшего или создать компромиссный. Избегать поспешних решений и чрезмерного влияния авторитетных решений. Правильно оценивать результаты опытов и расчетов и рационально их использовать.

Если предлагается ввести новый узел или изменить уже существующий, надо уточнить, нельзя ли вообще обойтись без них. Добиваться простоты конструкции. Избегать сложных, многодетальных конструкций. Чаще спрашивать себя «почему?». Преодолевать психологическую инерцию — игнорирование всех последующих вариантов и признание одного единственного, который показался удачным. Не использовать в конструкции узлы и механизмы, работоспособность которых сомнительна и требует экспериментальной проверки.

Требования, предъявляемые к конструкции в процессе разработки, обычно противоречивы, как и сам процесс создания новых изделий. Разработчик, улучшая один параметр изделия, влияет на другие, нередко ухудшая их. Важно оценить эти влияния и на их основе при необходимости принять компромиссное решение, в данном конкретном случае оптимальное. Важно запомнить, что улучшение конструкции по некоторым параметрам за счет ухудшения качества, надежности и безопасности работы ее недопустимо.

При оценке требований, предъявляемых к разрабатываемым изделиям, необходимо учитывать следующее. Уменьшение массы детали, узла, изделия вызывает уменьшение прочности и жесткости. Создание компактной, малогабаритной конструкции влечет за собой улучшение условий сборки, обслуживания, регулировки и ремонта. Применение дешевых материалов порождает ухудшение прочности, износостойкости и долговечности. Создание простой конструкции узла, механизма, изделия накладывает ограничения на технические и технологические возможности работы узла, механизма и изделия. Увеличение скорости действия механизма служит росту инерционных сил и нагрузок на детали и узлы. Разбивка конструкции на узлы, облегчающие организацию их сборки и транспортировки, ведет к уменьшению жесткости конструкции, росту трудоемкости сборки изделия. Создание изделия для разных режимов работы и разных операций наносит экономический ущерб при эксплуатации изделия на одной операции.

В процессе проектирования разработчик должен определить основные параметры изделия и добиваться максимального их конструктивного и организационного обеспечения. К основным параметрам следует отнести и те, которые имеют перспективу и будут иметь значение в ближайшем будущем.

Чтобы найти лучшее конструктивное решение, разработчик должен создать как можно больше вариантов конструкции так как в каждом варианте те или иные вопросы решаются в разной степени. Однако разработка принципиально различающихся вариантов дело не простое. Кроме знания разных конструктивных схем требуются способности и навыки использования приемов и методов разработки. Существуют методы, которые направляют творческую мысль разработчика на создание новых, нешаблонных, нетиповых решений. Эти методы способствуют проектированию, и разработчику полезно знать их.

Инверсия —метод получения нового технического решения путем отказа от традиционного взгляда на задачу. При инверсии взгляд на задачу осуществляется с другой позиции, обычно диаметрально противоположной. Инверсия позволяет создать новые, поражающие оригинальностью и смелостью мысли конструкции (рис. 3.1). Обычно исследуемые элементы меняются местами. Рассмотрим некоторые принципы инверсии.

Рис. 3.1. Пример инверсии: перенос сферы тяги на боек в приводе коромысла клапанного механизма двигателей

Снаружи (традиционный способ рассмотрения объекта) — изнутри (способ рассмотрения объекта после применения метода инверсии); вертикально —горизонтально; вертикально —вверх дном; с лицевой стороны —с обратной стороны; поверхность охватывающая — поверхность охватываемая; с начала —с конца; в движении — неподвижно; вращение вперед—вращение назад; возвратно-поступательное движение — вращательное движение; симметрично —асимметрично; ведущее—ведомое; направляющее —направляемое; в жидком виде —в твердом агрегатном состоянии; вредные явления —превращение их в полезные; жесткие связи —в гибкие; работа на растяжение —работа на сжатие; элемент находится на одной детали — перенести его на другую деталь, взаимодействующую с первой.

Аналогия — использование технических решений из других областей науки и техники для решения задачи или стимулирования разработки новых решений.

Аналогичные решения, используемые для решения инженерных задач, могут быть заимствованы из живой природы как природные конструкции и элементы биомеханики. Метод прецедента основывается на использовании аналогии с ранее разработанными конструкциями. Новая может быть эквивалентна своему аналогу. Нередко увеличение или уменьшение размеров конструктивного исполнения приводит к новому качеству. Аналогия может не только использовать ранее существующие конструктивные решения, но и имитировать форму, цвет, звук, моделировать разные качества.

Эмпатия — отождествление личности разработчика с предметом исследования, т. е. деталью или процессом. Эмпатия требует от человека «вхождения в образ». Этот метод позволяет выявить многие факторы, которые внешне не заметны, но могут существенно повлиять на конструкцию. Эмпатия приводит к новому взгляду на задачу.

Комбинирование—использование в новой конструкции в разном порядке и в разных сочетаниях отдельных технических решений, процессов, элементов. При этом получается новое качество, дополнительный положительный эффект. В конструкции могут быть использованы не только новые элементы, но и старые, известные и использованные ранее.

Метод комбинирования может производиться по трем схемам объединения элементов: новое + новое, новое + старое, старое + старое. В новом устройстве элементы могут выполнять старые функции или приобретать новые свойства. Комбинации этих элементов могут быть очень разного характера: механическое соединение, соединение посредством промежуточных элементов, дублирование, образование многоступенчатых, каскадных конструкций и др.

Компенсация —уравновешивание нежелательных и вредных факторов средствами противоположного действия. Часто приходится компенсировать влияние массы, инерции, трения, потерь различного вида. Компенсация осуществляется специальными устройствами —компенсаторами, которые могут быть постоянными, регулируемыми, автоматическими, пружинными и др.

Динамизация — превращение неподвижных и неизменных элементов конструкции в подвижные и изменяемой формы.

Агрегатирование — создание множества изделий или их комплексов, способных выполнять различные функции либо существовать в различных условиях. Это достигается путем изменения состава изделий или структуры их составных частей. Основные способы агрегатирования:

соединение агрегатов с самостоятельными изделиями, представляющее комплексы, например трактор с прицепными орудиями (плугом, культиватором, сеялкой и др.);

агрегатирование присоединением, когда к базовой составной части могут присоединяться различные зависимые составные части —агрегаты, узлы, детали, например трактор с различными навесными орудиями (бульдозером, рыхлителем). Здесь базовая составная часть может иметь как самостоятельные функции (трактор), так и быть агрегатом, предназначенным для функционирования только с присоединенными составными частями;

агрегатирование изменением, когда в изделии могут применяться всевозможные варианты составных частей при различной их компоновке, например различные варианты кузова автомобиля (автомастерская, бортовой кузов, молоковоз и др.). В отличие от агрегатирования присоединением каждая составная часть здесь всегда присутствует в конструктивной компоновке в виде одной из модификаций.

Компаундирование состоит в том, что для увеличения производительности параллельно соединяются два технических объекта. Соединение производится различными приемами: технические объекты устанавливаются параллельно как независимые агрегаты и связываются синхронизирующими устройствами; конструктивно объединяются в один агрегат и т. д.

Блочно-модульное проектирование предусматривает создание изделий на основе модулей и блоков. Модуль является составной частью изделия, преимущественно состоящей из унифицированных или стандартных составных частей различного функционального назначения. Блочномодульное проектирование является прогрессивным способом унификации, обеспечивающим экономию времени при разработке изделия, оно особенно эффективно в сфере эксплуатации.

Резервирование —увеличение числа технических объектов для повышения надежности изделия в целом.

Мультипликация — повышение эффективности за счет использования нескольких рабочих органов, производящих одни и те же функции (полиспаста, многодетальной обработки, многоступенчатых конструкций, каскадных конструкций, многоэтажных конструкций, многослойных конструкций и др.).

Метод расчленения заключается в мысленном разделении традиционных технических объектов с целью разделения и упрощения выполняемых ими функций и операций.

Секционирование предполагает дробление технического объекта на конструктивно подобные составные части —секции, ячейки, блоки, звенья.

Ассоциация — свойство психики при появлении одних объектов в определенных условиях вызывать активность других, связанных с первыми. Совпадение определенных признаков разных объектов позволяет найти у исследуемого процесса нехарактерные решения. Например, ассоциативное исследование механики работы человеческой руки наводит на мысль о создании механического манипулятора, имитирующего работу руки.

Идеализация — наделение реальных объектов нереальными, неосуществимыми свойствами и изучение их как идеальных (точка, линия, абсолютно твердое тело и др.). Идеализация позволяет значительно упростить сложные системы, обнаружить существенные связи и применить математические методы исследования.

Совокупность разработанных вариантов нового изделия является основой для создания его конструкции. Анализ вариантов и выбор наилучшего из них является труднейшим и самым ответственным этапом разработки. От него зависит качество изделия на всех стадиях жизненного цикла. Поэтому проектирование проводится разработчиками высокой квалификации, имеющими большой практический опыт и творческие способности. Результаты разработки рассматриваются, обсуждаются и принимаются на техническом совете.