Технической системы

Производители механических систем отметили, что свыше 30 % времени инженеры-конструкторы и технологи тратят на устранение недостатков конструкции и другие непроизводительные работы. Это обстоятельство было обнаружено, когда фирмы-производители стали оценивать качество продукции.

Возникает вопрос, как повысить эффективность работы инженеров для улучшения качества машин, устройств и приборов.

Качество машиностроительной продукции закладывается на начальных этапах проектирования, поэтому методология проектирования является важной частью современного машиностроения.

Методология проектирования, являясь основой частных методов, применяемых при проектировании, рассматривается как связующий элемент при разработке общей теории проектирования и конструирования. Четкого разграничения между этими видами творческой деятельности инженеров, по-видимому, не существует. Считается, например, что проектирование сводится только к разработке конструкторской документации. Будем полагать, расширяя эти понятия, что проектирование − это такая деятельность, результаты которой могут подвергаться интерпретации в процессе дальнейшей работы, а конструирование − это деятельность, базирующаяся на том или ином варианте проекта, результатом которой является рабочая документация (чертежи, пояснительная записка и т.п.). Рабочая документация является основой для изготовления изделий. Отметим, что само изделие уже не должно требовать интерпретации.

Важным представляется формулирование цели проектирования. Цель проектирования − положить начало изменениям в окружающей человека среде. В этой связи проектирование оказывается все меньше направленным на сам разрабатываемый объект и все больше − на изменения, которые произойдут в производстве, сбыте и потреблении при освоении и использовании нового изделия.

Дадим теперь определение понятия «жизненный цикл технической системы», под которым будем понимать продолжительность жизни системы от идеи, обусловленной социально-экономическими потребностями общества, до момента морального износа. Здесь техническая система представляет собой совокупность подсистем, включающих отдельные объекты (детали), которые имеют структурно-функциональную взаимосвязанность при выполнении этой системой основных функций.

Представим жизненный цикл изделия в виде схемы.

Формирование требований к технической системе относят к внешнему проектированию, которое включает прогнозирование развития техники, уточнение целей, реализуемых технической системой, исследование воздействия окружающей среды на объект разработки и, наоборот, воздействие объекта на окружающую среду и человека.

Результатом внешнего проектирования является техническое задание на разработку вариантов проекта. Проектирование технической системы (внутреннее проектирование) содержит стадии разработки конструкторской документации.

Целью внутреннего проектирования является разработка необходимой конструкторской документации, удовлетворяющей требованиям внешнего проектирования. На этапах 1 и 2 выполняются научно-исследовательские работы, а на этапах 3 и 4 − опытно-конструкторские работы.

Стоимость неправильного решения зависит от того, на каком этапе была допущена ошибка. Чем меньше номер этапа, тем выше стоимость неправильного решения. Наибольшие затраты на исправление ошибки относят к первому этапу. Так, изготовив опытную партию изделий, производитель обнаруживает, что требования, предъявленные к изделию, были в самом начале сформулированы без учета изменившейся к моменту выпуска продукции рыночной ситуации. В этом случае из-за неправильного прогноза производитель несет большие убытки.

Для оценки качества техники в ряде случаев используют показатель «затраты жизненного цикла», который включает стоимость новой техники с учетом затрат на проектно-конструкторские работы, конструкторско-технологическую подготовку производства и само производство, техническое обслуживание и ремонт в течение нормативного срока службы.

Этот показатель включается в технические требования, которые заказчик предъявляет к производителю новой техники. Так, если суммарные затраты на единицу полезной работы, иными словами стоимость ремонта, деленная на восстановленный ресурс, уменьшаются, то ремонт целесообразен, что, в свою очередь, приводит к увеличению жизненного цикла изделия. В противном случае изделие должно быть заменено на новое.

Вместе с тем в ремонт должны поступать не все изделия, прослужившие нормативный (заданный) срок, а только те, которые исчерпали ресурс и находятся в критическом состоянии. В этих условиях более экономичной является система ремонта по состоянию, позволяющая отбирать для ремонта только те изделия, ресурс которых исчерпан.

Общая формулировка задачи проектирования. Задача проектирования как задача синтеза технической системы с заданными качественными характеристиками представляет собой многоэтапный процесс, который осуществляют на этапах внешнего и стадиях внутреннего проектирования.

На начальном этапе определяются цели проектирования, которые задает заказчик − разработчик технической системы более высокого уровня.

На основе анализа, связанного со сравнением различных вариантов проектируемой системы, принимается решение о создании перспективного варианта. На последующем этапе формируется концепция перспективной технической системы. Концепция позволяет подготовить данные, необходимые для создания модели проектируемого объекта.

Рассмотрим общие требования и ограничения, которые предъявляются к проектируемому объекту.

Первую группу требований составляют технико-эксплуатационные требования, включающие основные параметры машины: мощность, скорость, производительность, габариты и т.п.

Вторую группу требований составляют экономические требования: себестоимость машины и (или) создаваемой с помощью машины продукции.

Третью группу требований составляют социальные требования: степень автоматизации, безопасность работы, удобство обслуживания и др.

Ограничения, в свою очередь, могут быть функциональными, когда задаются точные характеристики системы, областными, когда характеристики задаются в виде неравенств (например, производительность не менее... штук в час, габариты не более...) или экстремальными, когда параметры машины должны иметь максимальное (минимальное) значение.

На этапе внешнего проектирования генерируют рабочее множество вариантов проектируемого объекта. Альтернативные проекты сравниваются между собой и с аналогичными существующими вариантами.

Использование ЭВМ, в частности систем автоматизированного проектирования (САПР), позволяет значительно увеличить число рассматриваемых вариантов и выбрать наилучший вариант проекта.

Требования и ограничения, предъявляемые к проектируемому объекту, позволяют однозначно выделить наилучший вариант из рабочего множества. Иногда довольно жесткие требования, выраженные в техническом задании, не позволяют конструктору найти компромисс между этими требованиями и возможностями производства.

Часто технические требования определяют из характеристик какого-либо образца-прототипа не вполне обоснованным увеличением (уменьшением) значений тех или иных показателей, которые стремятся увеличить (уменьшить). В ряде случаев при таком подходе реализовать техническое задание не представляется возможным.

Успешное решение задачи проектирования возможно при качественном информационном взаимодействии, в первую очередь между конструктором и технологом. Так, конструктору, разрабатывающему техническую систему, по-видимому, достаточно задать общие требования к сборочным единицам или ответственным деталям, которые выражаются такими количественными показателями, как надежность, ресурс, интенсивность изнашивания и др.

Технолог выбирает способы обработки, методы нанесения износостойких покрытий и т.п., чтобы обеспечить заданные требования и, при необходимости, корректирует технические требования.

Содержание этапов разработки изделий. Государственным стандартом ЕСКД ГОСТ 2.103-68 «ЕСКД. Стадии разработки» определена следующая последовательность и содержание этапов разработки и производства изделий на основании технического задания (ТЗ) заказчика.

Техническое задание − документ, содержащий наименование, основное назначение изделия, технические и специальные требования к нему, показатели качества, экономические показатели.

Техническое предложение − совокупность конструкторских документов, которые должны содержать технические и технико-экономические обоснования целесообразности разработки документации изделиям (машины) на основании анализа технического задания заказчика и различных вариантов возможных конструкторских решений изделия, сравнительной оценки решений с учетом конструктивных и эксплуатационных особенностей разрабатываемых и существующих изделий, а также патентных материалов.

Эскизный проект − совокупность конструкторских документов, которые должны содержать принципиальные конструктивные решения, дающие общие представления об устройстве и принципе работы изделия (машины), а также данные, определяющие назначение, основные параметры и габаритные размеры.

Технический проект − совокупность конструкторских документов, которые должны содержать окончательные технические решения, дающие полное представление об устройстве разрабатываемого изделия и исходные данные для разработки технической документации.

Рабочая документация: а) опытного образца изделия (машины) − совокупность конструкторских документов, предназначенных для изготовления и испытания опытного образца, а также обеспечения возможности технологической подготовки производства и изготовления изделия, которая включает корректировку конструкторских документов, приемочные и другие испытания опытного образца; б) установочной серии изделий (машин).

Рабочая документация изделия необходима для изготовления и испытания контрольной серии машин в условиях серийного или массового производства.

Методы анализа осуществимости инженерных решений. Решение инженерных задач и их реализация в технических устройствах направлена не столько на совершенствование и создание новых изделий, сколько на предсказание и анализ тех изменений, которые произойдут в производстве, сбыте и окружающей среде. Каждое инженерное решение может вызвать как положительные, так и отрицательные последствия. Вот почему на ранних этапах жизненного цикла изделия (или технической системы) возникает необходимость оценки создаваемой продукции.

Технические решения, не вызывающие явно отрицательных последствий, требуют анализа для выявления возможности достижения целей проектирования на данном этапе развития техники с учетом ограниченности временных, материальных и финансовых ресурсов. При анализе технических решений необходимо ответить на следующие вопросы.

1. Существуют ли необходимые условия, при которых реализация инженерного решения приводит к сформулированной цели и желаемому результату.

2. Может ли реализация технического решения привести к нежелательным изменениям в окружающей среде, ущербу здоровья людей и ухудшению экологической обстановки.

3. Какова вероятность «коммерческой осуществимости», характеризуемая наличием рынка сбыта и потребительского спроса.

4. Обеспечена ли структурная (конструкторская) и технологическая осуществимость, связанная с возможностями производства, сборки, регулировки и диагностирования всей технической системы и ее отдельных компонентов.

5. Как будет выглядеть система эксплуатационного обслуживания разрабатываемой или совершенствуемой технической системы.

Получение ответов на эти вопросы требует учитывать множество различных факторов, влияющих на качество технического решения. Для решения конкретных задач инженеру необходимо выбрать из всех известных методов анализа тот, который сравнительно просто и эффективно позволяет достичь желаемого результата.

Анализ осуществимости на уровне цели, которая должна быть достигнута в процессе решения задачи.

Ранний этап решения задачи может характеризоваться неопределенностью цели. При этом требования заказчика могут меняться, известные решения не учитываться, а поиск возможных решений расширяться. Для поиска решения могут использоваться эвристические методы (мозговая атака, синектика и др.).

Анализ экологической, социально-психологической и коммерческой осуществимости. Цель анализа состоит в оценке последствий от реализации проекта и определении условий, при которых исключаются или минимизируются отрицательные последствия. Для анализа применимы экспертные и социальные опросы.

Анализ структурной осуществимости. Цель анализа − определить совместимость различных элементов общей схемы решения инженерной задачи.

На этом этапе используют эвристические методы и приближенные расчеты по мере накопления данных о проектируемом объекте.

Анализ технологической и эксплуатационной осуществимости. Цель анализа − проверка наличия способов и ресурсов, необходимых для реализации решения. При этом проверяются:

1) возможность решения задачи за ограниченный промежуток времени;

2) возможность организовать эксплуатационное обслуживание изделий и технических систем. Для анализа привлекаются разные методы, в том числе и методы имитационного моделирования.

Поиск по сайту: