3.1. Типовые задачи конструирования технических устройств

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

В гл. I были рассмотрены условия и ограничения, определившие как область применения данной методики, так и логику конструирования. Там же наметились ос­новные особенности тех устройств, для конструирования которых предлагаемые рекомендации применимы в наи­большей степени. Рассмотренный гиростабилизатор с астрокоррекцией послужил наглядным примером устрой­ства, отвечающего разбиению поэтапной схемы на во­семь последовательных этапов. Выбранная степень под­робности разбиения имела целью раскрыть логику про­цесса конструирования с достаточной полнотой.

Для рассмотрения вопроса о возможности использо­вания разработанной методики в конструкторской прак­тике обратимся вновь к основным компонентам, отобра­жающим работу конструктора на начальных этапах ло­гической схемы. Эти компоненты следующие:

1)         изучение принципиальной схемы задания;

2)         изучение исходных технических требований задания;

3)         анализ взаимосвязей устройства с окружением;

4)         изучение технологических и экономических возможностей конструктивной реализации принципиальной
схемы и технических требований.

Результаты этой работы проясняют конструктору на­правление дальнейшего конструирования. В зависимости от особенностей принципиальной схемы, содержания и степени проработки исходных технических требований, характера взаимосвязей и производственных возмож­ностей ход последующего конструирования может быть

самым различным. Представляет интерес рассмотреть некоторые распространенные случаи конструирования.

Случай первый. Устройство имеет следующие осо­бенности:

принципиальная схема устройства весьма сложна (например с точки зрения прикладной механики);

исходные технические требования задания опреде­лены достаточно четко;

связи устройства с окружением просты и немного­численны;

4)         конструкция рассчитана на освоенную технологию.
Такое содержание исходных компонентов характерно

для задач конструирования многодетальных устройств, имеющих сложную кинематическую схему и в значитель­ной степени изолированных от внешних воздействий. Примером может служить станок-автомат, установлен­ный в закрытом помещении и работающий без участия оператора.

Основным содержанием работы конструктора в дан­ном случае становится обеспечение правильности пере­хода от идеализированных элементов принципиальной схемы к узлам и деталям конструкции.

Случай второй. Устройство отличается многочис­ленностью и сложным характером взаимосвязей с чело­веком, с неизученной полностью окружающей средой, с окружающими устройствами. Исходные технические требования задания не отражают всех существенных для конструктора взаимосвязей.

Примером такого «открытого», т. е. особенно тесно свя­занного с окружением устройства может служить люк или шлюз космического корабля, предназначенный для выхода космонавта наружу. Наиболее ответственным и трудоемким этапом, определяющим успех конструиро­вания «открытого» устройства, является анализ его взаимодействий с окружением. Полнота информации об окружении, в частности о месте установки, является не­обходимым условием выполнения высоких требований по надежности.

Случай третий. Устройство имеет следующие осо­бенности:

1) принципиальная схема устройства сравнительно несложна и достаточно апробирована на аналогичных или предшествующих конструкциях;

2) взаимосвязи с оператором (или потребителем весьма важны и тщательно учитываются при конструи­ровании. Взаимосвязи с окружающей средой менее сложны, но тоже существенны;

конструируемое устройство является опытным образцом, но должна быть предусмотрена возможность последующей отработки чертежей для серийного, а иногда и массового производства;

исходные технические требования задания опре­делены достаточно четко, но тонкостей взаимодействия с потребителем не отражают;

удельный вес экономических требований весьма ощутим.

Фотоаппарат, магнитофон, пылесос — вот примеры устройств, ход конструирования которых в значительной степени определяется приведенной комбинацией началь­ных условий. Необходимой предпосылкой в данном слу­чае является создание достаточно четкой технологичес­кой схемы на первых же этапах конструирования. Без этого возможность последующей отработки чертежей для серии будет затруднена.

В рассматриваемом случае конструктор должен уде­лить достаточно внимания эргономическим требованиям (удобство в эксплуатации, безопасность и т. п.), должен уметь придать готовому изделию форму, отвечающую требованиям эстетики. Остается добавить, что внима­тельное рассмотрение обычных предметов домашнего обихода и простых орудий труда может представить много поучительного для конструирования рассматри­ваемого класса устройств. Обыденные вещи отмечены печатью длительной работы поколений в отношении тонкости «подгонки» к особенностям человека и проду­манности схемы использования. Воспроизведение этих качеств общеизвестных обиходных вещей в новых слож­ных многодетальных устройствах является задачей труд­ной и увлекательной.

Поскольку общее направление конструирования вы­ясняется на первом этапе, конструктор имеет возмож­ность своевременно оценить пригодность рассмотренной выше поэтапной схемы для стоящей перед ним конкретной задачи, и при необходимости внести в нее дополнения и изменения.

Рассмотрим некоторые типичные случаи трансформации поэтапной схемы в практических задачах конструи­рования.

1.         При изложении методики рекомендовалось проводить
анализ взаимосвязей устройства с окружением до этапа
эскизной компоновки. Подчеркивалось, что на этапе анализа взаимосвязей нельзя относить эти связи к какому-
либо конструктивному варианту устройства, поскольку
представление о компоновке устройства, близкое к окончательному ее варианту, появляется у конструктора
позже. Упоминалось далее о необходимости уточнения
взаимосвязей устройства с окружением на основе уже
созданного компоновочного решения. Но если картина
взаимосвязей устройства с окружением несложна, если
к тому же просты варианты компоновки, то становится
возможным рассматривать взаимосвязи, сразу же относя их к реальной компоновке.

2.         Изложение методики велось применительно к многодетальным устройствам. Предполагалось при этом,
что по ряду причин конструктор может ограничиться
вначале лишь общими представлениями о технологических особенностях устройства, а конкретными техно-
логическими вопросами заниматься на последующих
этапах. Но в целом ряде случаев принципиальное решение компоновки может быть целиком построено на
оригинальной технологической основе, с самого же на-
чала осознанной во всей ее реальности.

Если сугубо технологическая направленность задачи сочетается с малодетальностью устройства, то глубокая разработка конкретных технологических вопросов мо­жет выйти на первый план. Весь ход конструирования может измениться, а рекомендации методики станут не­приемлемыми.

3.         Случай, когда в техническом задании заранее
оговариваются максимально допустимые величины веса
и габаритов, а конструктор не стремится к их минимизации, является одним из самых распространенных на
практике. Но такой ход работы отличается от изложенного в методике. Иными словами, если конструктор
при компоновке сумеет уложиться в габаритные и весовые требования задания, введенный в схему, этап сближения частей устройства может оказаться для данной
задачи излишним.

4.         Если принципиальная схема устройства с самого
начала характеризуется высокой степенью интеграции

частей, то из  разработанной применительно к нему поэтапной схемы могут выпасть следующие стадии:

а)         деление конструктивной схемы на основные части;

б)         рассмотрение «семейств» конструктивных вариантов частей;

в)         отбор наиболее приемлемых вариантов и перебор
их сочетаний в процессе компоновки всего устройства.

Поскольку перечисленные стадии играют роль логи­ческой подготовки к нахождению компоновочного реше­ния, то предусмотренная методикой логическая цепь из-за выпадения этих стадий может оказаться разор­ванной. ;

Логический «механизм» компоновки моделировался в методике на основе перебора сочетаний конструктив­ных вариантов частей. Конструктор может воспользо­ваться только этим механизмом для решения конкрет­ной задачи компоновки; никаких других рекомендаций он из предлагаемой методики не почерпнет. Попытка механического использования методики и в этом случае приведет к неудаче.

В зависимости от сложности и многодетальности устройства седьмой и восьмой этапы поэтапной схемы могут существенно меняться. В случае простых устройств с небольшим числом деталей компоновка может вестись прямо на листе общего вида. В случае весьма сложных устройств общий сборочный вид преобразуется в ком­плект сборочных и подсборочных чертежей, процесс вы­черчивания которых может сильно отличаться от изло­женного в методике.

При проектировании сложных проблемных уст­ройств, в частности при разработке принципиальной схемы, может возникнуть необходимость в попутной кон­структивной проработке различных схемных вариантов. Результаты такой проработки облегчают выбор оконча­тельного варианта принципиальной схемы.

Распространим понятие о шаговом процессе с возвра­том на разработку достаточно сложной принципиальной схемы устройства. Тогда корректировка схемы с пози­ций возможности ее конструктивной реализации явится вполне закономерным заключительным шагом этой раз­работки. При компоновке различных схемных вариан­тов выявляется сравнительная цена их конструктивной реализации. Эта цена играет роль одного из критериев

для выбора окончательного варианта принципиальной схемы.

Компоновка на ранних стадиях проектирования тре­бует от конструктора уменья вести предварительную проработку с учетом неполноты исходных технических данных. В частности, ему приходится абстрагироваться от ряда еще не выявленных связей с окружением.

Как эта, так и другие особенности позволяют рас­сматривать конструирование, сопровождающее разработ­ку принципиальной схемы, в качестве особого этапа, не охватываемого методикой.

7. Если конструкция одного из узлов сложного устрой­ства, например отдельного механизма или нескольких кинематических звеньев, носит в отличие от остальных частей проблемный характер, то это может изменить последовательность этапов схемы и весь ход процесса конструирования. Очевидно, что подробная проработка конструкции такого «критического» узла устройства со­ставит содержание первого этапа.

Итак, всякая попытка механического использования поэтапной схемы для конкретных случаев конструирова­ния затрудняется не только выпадением отдельных эта­пов, но и более существенными изменениями. Очевидно, что поэтапная схема не может служить начинающему конструктору универсальным планом решения конкрет­ных конструкторских задач. Установление логической последовательности этапов при конструировании может быть произведено только исходя из конкретных условий. То же относится и к содержанию каждого этапа.

Поэтапная схема имеет смысл лишь в качестве очень обобщенной модели логики процесса конструирования. Базирующуюся на этой модели методику нельзя рас­сматривать как пособие для конструирования (в обыч­ном значении этого слова). Скорее она может быть опре­делена как совокупность систематизированных приемов, позволяющих произвести первую грубую ориентацию, наметить примерное направление конструирования, а в дальнейшем руководствоваться отдельными рекоменда­циями, относящимися к отдельным этапам работы.

Не следует забывать о вероятностном характере ре­комендаций методики, применимых не во всех случаях, не полностью, и потому требующих осмотрительности при использовании.

Приемы и рекомендации методики преподнесены в

Логически связанном виде. Но использоваться они мо­гут вразбивку, в произвольном порядке, по отдельнос­ти — одним словом в самой разной степени и в самых различных комбинациях.