2.2. Разработка технических требований к конструируемому устройству (второй этап)

К оглавлению
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 
17 18 19 20 

По мере раскрытия и изучения взаимосвязей вся ин­формация, необходимая конструктору для последующей работы, должна фиксироваться. Этот материал служит для отработки дополнительных технических требований, дополняющих перечень исходных технических требова­ний задания.

В сложных конструкторских задачах путь от анали­за взаимосвязей до четко сформулированных техничес­ких требований к устройству, необходимых конструк­тору, может быть значительно более сложным, чем рассмотренный выше. Этот путь может проходить через такие стадии создания устройства, как научно-исследо­вательская разработка, промежуточное макетирование, а также может сопровождаться расчетными и экспери­ментальными работами, далеко не всегда выполняемы­ми при участии конструктора.

Возвращаясь к нашей схеме, допустим, что конструк­тор на основе изучения взаимосвязей уточнил и допол­нил исходные технические требования задания на кон­струирование устройства. Тем самым он получил в свое распоряжение особого рода техническое описание, изло­женное с той степенью технической строгости, которая определяется четкостью выводов, сделанных из рассмот­рения взаимосвязей. В перечне требований даются уже не сами связи, а технические характеристики устройства и параметры, отражающие условия его эксплуатации.

Можно сделать следующие замечания относительно существа требований и формы их изложения.

Каждое из требований должно допускать логичес­кую возможность рассматривать его в значительной сте­пени независимо от других требований.

Перечень требований не должен быть чрезмерно большим. Каждое требование должно быть изложено предельно лаконично. В противном случае перечень ста­нет неудобным для практического использования.

Каждое требование должно быть сформулировано так, чтобы не возникало необходимости в его перера­ботке или перефразировке при последующей реализа­ции в конструкции.

Для того чтобы последний пункт стал очевидным, обратимся непосредственно к тем понятиям, при помо­щи которых формулируются требования. В соответствии с природой этих понятий можно разделить требования независимо от их содержания на четыре группы.

Первая группа. Требования, содержащие огра­ничения геометрического характера. Требования, содер­жащие ограничения конструктивного характера, т. е. ставящие необходимым условием реализацию опре­деленного конструктивного варианта той или иной части будущего устройства.

Пример формулировки: «Корпус бортового высото­мера должен быть стандартным (0 80 мм)».

Вторая группа. Требования, выраженные при помощи технических или физических понятий, записан­ных в виде чисел с размерностями.

Пример формулировки: «Мвр выходного вала устрой­ства— от 10 до 11 кГ-м».

Третья группа. Требования, выраженные словес­но, не включающие в себя ни понятий, определенных количественно, ни геометрических ограничений в кон­струкции.

Пример формулировки: «Устройство должно быть быстросъемным».

Четвертая группа. Требования, сформулирован­ные при помощи сложных понятий или математических зависимостей.

Пример формулировки: «Для данного конструируе­мого устройства распределение атмосферного давления в рабочем диапазоне высот следует принимать соглас­но МСА (международной стандартной атмосферы)».

Требования первой группы наиболее подготовлены к непосредственной реализации в конструкции. Геомет­рические и конструктивные ограничения, содержащиеся в общем перечне технических требований, играют роль «мостков» для перехода от них к компоновке устройства. Если такие ограничения распространяются на крупные конструктивные части будущего устройства, то задача перехода существенно упрощается. Если, например, да­но задание сконструировать самолетный высотомер в стандартном корпусе (для установки на приборной дос­ке), то это позволяет конструктору отказаться от ряда промежуточных стадий и начать работу с вычерчивания корпуса (рис. 2.3).

Последующий ход работы определится:

а)         заданными размерами ряда стандартных узлов и
деталей, укрепленных на корпусе (шкал, механизма
кремальеры, подводящего штуцера и др.);

б)         размерами и формой мембранной коробки.
Если геометрические и конструктивные ограничения

распространяются на второстепенные части будущего устройства, то они не могут столь сильно упростить ход дальнейшего конструирования.

Первая группа требований значительно пополняется в результате выявления ограничений, связанных с мес­том установки конструируемого устройства. Множество конструктивных и геометрических ограничений возника­ет в качестве следствий из особенностей принципиальной схемы устройства.

Вторая группа требований является в значительной степени результатом количественного отображения взаи­мосвязей устройства с внешним окружением и особен­ностей принципиальной схемы. Однако наиболее тех­нически законченная форма количественного отобра­жения взаимосвязей не является наиболее подготовлен­ной для компоновки: конструктивная реализация тре­


бований, выраженных при помощи четких технических понятий, определенных количественно (таких, напри­мер, как передаточное число и т. п.), может быть осу­ществлена различным образом. Преимущества такой формы написания требований очень велики, так как она не несет в себе неопределенности (если не говорить

о неоднозначности конструктивной реализации) и слу­жит средством объективной проверки правильности кон­струкции. В такой форме выражаются требования к входам и выходам устройства и все наиболее важные технические характеристики. Все сказанное относительно второй группы требований можно отнести и к четвертой группе.

Следует особо остановиться на третьей группе тре­бований. Словесная форма написания технических тре­бований в большинстве случаев свидетельствует о неза­конченности процесса формализации реальной физи­ческой картины. Иногда она порождена отсутствием информации о количественной стороне тех или иных взаимосвязей или незнанием сущности каких-либо про­цессов в сложной системе «устройство — окружение». Нередко словесная формулировка посредством весьма общих понятий объединяет воедино множество нерас­крытых связей. Примером может служить часто встре­чающийся в технических заданиях «дежурный» пункт, гласящий, что «устройство должно быть удобным в эксплуатации, при монтаже и демонтаже».

Конструктор, уточняющий и дополняющий техничес­кое задание для себя, должен расшифровать такой пункт, рассмотрев наиболее существенные взаимосвязи между устройством и обслуживающим персоналом. В резуль­тате такого рассмотрения могут возникнуть более кон­кретные требования к быстросъемности устройства, тре­бования, регламентирующие технику регулировки, вклю­чения и выключения устройства, требования к взаимо­заменяемости отдельных частей и целый ряд других, весьма существенных требований. Появятся и коли­чественные характеристики, свидетельствующие о том, что отдельные стороны сложной эксплуатационной кар­тины выявлены с достаточной полнотой и определен­ностью. Такую работу важно провести своевременно, чтобы освободить себя от нее в процессе собственно конструирования. Но это не значит, что следует стре­миться к наиболее полной формализации (вплоть до количественного выражения) всех без исключения тех­нических требований. Степень необходимой формализа­ции определяется, с одной стороны, трудностями ее осуществления, с другой — требованиями последующих этапов конструирования.

Для написания технических требований весь разно­образный арсенал понятий, начиная от специальных и кончая общими понятиями обыденной речи, должен ис­пользоваться с достаточной гибкостью. Если строгие технические понятия хорошо приспособлены для харак­теристики основных особенностей будущей конструкции, то понятия обыденной речи могут служить напомина­нием о ряде второстепенных обстоятельств, в меньшей степени влияющих на конструкцию, но все же тре­бующих к себе внимания при конструировании.

После того как перечень требований составлен, конструктор ориентируется именно на них и лишь при необходимости обращается к рассмотрению тех сторон реальной физической картины, которые в этом перечне не отражены.

Процесс реализации требований в конструкции, как выше уже отмечалось и как отражено на поэтапной схе­ме, сопровождается обратными воздействиями на тех­нические требования. Для осуществления рационально­

ґо процесса «реализации требований» конструктор дол­жен иметь возможность в допустимых пределах варьи­ровать параметрами технических требований. Важно поэтому в требованиях отражать не только номиналь­ные, но и предельные значения закладываемых величин. Для конструктора поочередно реализуемые требования становятся своего рода вехами, отмечающими ход работы.

Сложный многоступенчатый переход от воображае­мой картины работы устройства в условиях эксплуата­ции непосредственно к его конструкции требует от на­чинающего конструктора развития технической эруди­ции, а также некоторой способности к самоанализу, помогающему отдать себе отчет в своих сильных и сла­бых сторонах.

Технические требования рассматривались до сих пор преимущественно как результат обработки информации, относящейся к задачам, поставленным перед конструк­тором. Но последний лишен возможности подробно углубляться в вопрос о том, что он будет делать, не создавая себе почти одновременно пусть самого общего представления о путях реализации задуманного. Воп­рос что делать неотделим при конструировании от вопро­са как делать. Требования к устройству не могут быть сформулированы, если общее направление конструиро­вания не выбрано. Выбор такого направления означает как первую корректировку созданного перечня требо­ваний, как и его пополнение. Можно сказать, что за­конченный перечень технических требований всегда от­ражает степень ясности представлений конструктора о вы­бранном направлении работы. Вот почему при изучении и уточнении технических требований конструктор должен потратить значительную часть времени на сбор данных производственного, технологического и экономического характера. Изучение возможности реализации техниче­ских требований начинается, как уже было сказано, на первом этапе конструирования.

В плане выяснения возможностей реализации задан­ных и уточненных требований конструктора в первую очередь интересуют:

запланированные размеры партии изделий (в на­шем случае речь может идти об опытной партии);

характер, возможности и перспективы развития производственной базы;

3)         номенклатура имеющихся на складе материалов;

4)         наличие готовых изделий, предусмотренных принципиальной схемой устройства в качестве составных
частей;

5)         экономические возможности изготовителя.

После того как такая информация получена и пере­работана (часть ее может содержаться и в задании на конструирование), конструктор должен уже думать о возможной технологии изготовления будущего устрой­ства. До начала компоновки, не зная еще, из каких уз­лов и деталей будет состоять устройство, конструктор делает выбор между сваркой, литьем, штамповкой, фрезеровкой и т. п., имея в виду общее технологическое направление конструирования. Еще не зная кинематики устройства, конструктор уже решает вопрос о том, ка­ким способом будет достигнута необходимая точность отработки поворотов выходного звена. При этом он де­лает очень существенный, с точки зрения как техноло­гичности, так и экономичности конструкции выбор меж­ду жесткими и свободными допусками звеньев кинема­тической цепи, решаясь в последнем случае на введе­ние в кинематическую цепь специальных упругих звеньев для выбора люфтов.

При решении этих вопросов почти неизбежно как прямую, так и косвенную роль играют соображения эко­номического характера. Например, выбор того или ино­го материала производится не только с учетом его стои­мости, но и с учетом стоимости обработки, стоимости обслуживания устройства при эксплуатации и др. Оче­видна тесная связь стоимостных вопросов с надеж­ностью. Здесь большое значение имеют опыт конструи­рования и знание технологии производства.

Итак, к концу рассматриваемого этапа конструкто­ру известны:

принципиальная схема устройства;

дополненные и систематизированные технические требования к устройству;

общее технологическое направление конструиро­вания.

Каковы представления конструктора к моменту окончания разработки технических требований о компо­новке будущего устройства и конструкции отдельных узлов? Несомненно, что некоторый обобщенный образ устройства возникает у конструктора уже после знакомства с принципиальной схемой. Вез такого обобщен­ного преставления был бы невозможен ни отбор необхо­димых взаимосвязей устройства с окружением, ни их последующая формализация. По мере того как в ре­зультате переработки информации о взаимосвязях по­полняется перечень технических требований, начинается попутный, точнее говоря встречный процесс формирова­ния конструкции некоторых частей устройства. Зало­женные в технических требованиях ограничения геомет­рического и конструктивного характера содействуют это­му в наибольшей степени. Если, например, принципиаль­ная схема предусматривает «выход» устройства в виде поворотного рычага, а в технических требованиях ука­зывается угол поворота, угловая скорость и вращающий момент на выходном валу, то у конструктора совершен­но естественно возникают соображения о возможных размерах рычага и даже его конструкции.

Выбор даже самого общего технологического на­правления конструирования способствует еще большей конкретизации конструкции рычага. Сказанное отно­сится не только к отдельным частям будущего устрой­ства, но и к его компоновке в целом. Но такая конкре­тизация далеко не всегда совершается с постепен­ностью, соответствующей накоплению исходного мате­риала. Случается, что вариант компоновки устройства возникает «сам собой», без подготовки, без разработки достаточно полных технических требований.

Творческий процесс конструирования не может раз­вертываться по заранее заготовленной логической кан­ве без каких-либо отклонений. Варианты компоновки устройства возникают, разумеется, задолго до заверше­ния подготовительных стадий. Чем проще, оригинальнее, изящнее кажется внезапно возникший вариант компонов­ки, тем сильнее соблазн именно его и материализовать в металле, не тратя усилий и времени на поиски других возможностей. Эстетическое воздействие первого неожи­данно легко найденного решения компоновки, будто бы разрешающего все трудности, оказывается чрезвычайно сильным. Неудивительно, что начинающий конструктор, не имевший заранее намеченного логического плана поиска такого решения, останавливается на нем без дальнейших раздумий и сомнений.

Варианты компоновки, возникающие до завершения подготовительных стадий процесса конструирования, не могут учитывать всей совокупности обстоятельств, рас­крывающихся позднее. Как правило, такие варианты основываются на какой-либо отдельной яркой идее кон­структивного или технологического характера. Опыт­ный конструктор отдает себе отчет в том, что длитель­ная работа по созданию компоновки сложного устрой­ства по существу только-только начинается. Знает он и то, что в дальнейшем возникнет немало других не менее заманчивых вариантов, так же как и соображений, пре­пятствующих их осуществлению. Поэтому он благора­зумно откладывает на будущее не только реализацию, но даже всестороннюю оценку первых компоновочных решений с тем, чтобы вернуться к ним вновь на доста­точно высоком уровне подготовки.