О современных методах проектирования новых изделий

Практика выработала такую удобную поэтапную последовательность проектирования новых изделий как технических систем, которой принято придерживаться в работе конструкторских бюро и проектных институтов [1]:

  • разработка технического задания, в котором формулируются функциональные назначения создаваемого изделия, его технические характеристики и предъявляемые к нему эксплуатационные, технико-экономические и специальные требования;
  • эскизное проектирование, обычно выполняемое в нескольких вариантах. В каждом варианте составляется общая схема изделия и производится его компоновка. В результате обстоятельного технико-экономического анализа и сопоставления всех эскизных вариантов из них выбирается оптимальный, который утверждается для дальнейшей разработки;
  • техническое проектирование – подробная разработка всех элементов принятого эскизного проекта на этой стадии. Выполняются все необходимые расчеты, уточняются и разрабатываются чертежи общих видов, сборок и основных деталей механизма, составляется спецификация;
  • рабочее проектирование (заключительный этап конструирования изделия) – изготовление рабочих чертежей и другой рабочей документации, необходимой для изготовления опытного образца;
  • изготовление и испытание опытного образца, его доводка, освоение и составление инструкции по эксплуатации.

Конструирование, по определению Д.Н. Решетова [2], – это творческий процесс создания машин в документах, производящийся на основе теоретических расчетов, конструкторского, технологического и эксплуатационного опыта и экспериментов.

Инженерные расчеты, проводящиеся на этапе конструирования, во всех случаях многовариантны, и выбор необходимого варианта будет зависеть, прежде всего, от того, располагает ли проектировщик подходящим методом расчета и достоверными исходными данными для проектирования. По мере усложнения конструкций затрудняется принятие решений по проекту на основании одного лишь опыта. Обычно число рассматриваемых вариантов проекта возрастает в экспоненциальной зависимости от введения каждого нового рассматриваемого параметра.

В фундаментальном исследовании по методам проектирования Дж. К. Джонса [3] отмечается, что традиционный «чертежный» способ слишком прост для условий непрерывно возрастающей сложности искусственной среды. На основании проведенного обзора новых методов проектирования автор делает вывод: объектом новых методов является не столько проектирование в общепринятом смысле этого слова, сколько мыслительная деятельность, предшествующая выполнению чертежей и проектов. Методология проектирования противоречива. С одной стороны, проектировщику в ходе поиска оптимального решения приходится вырабатывать большое число вариантов. При этом он не может произвести среди них выбор интуитивно на основе имеющегося у него опыта из-за опасности отбросить оригинальные нестандартные решения. С другой стороны, он не имеет возможности выполнить строгое сопоставление всех вариантов из-за отсутствия формализованного представления целей и критериев отбора, что необходимо для программированного поиска оптимального решения.

Основная идея технической разработки системы, по мнению американских авторов Э. Хога и Я. Ароры [4], состоит в том, чтобы, начав с формулировки требований и целей системы, продвигаться некоторым регулярным образом к оптимальной системе.

Техническая разработка системы начинается с определения нужд потенциального пользователя разрабатываемой системы, проверки и составления входных данных.

После определения потребностей и цели системы необходимо дать количественное описание функций, которые должна выполнять система. Эта процедура называется анализом функций. Целью анализа является выбор функций или операций, которые должны быть проведены для выполнения задачи, требуемой от разрабатываемой системы.

Следующий шаг разработки системы - концептуальное проектирование. Его назначение состоит в определении концепций, основных конфигураций системы, удовлетворяющих целям системы. На этом этапе важно не исключить кандидатуры систем, которые могут оказаться эффективными. Кроме того, этот шаг служит для определения границ приемлемых значений параметров, описывающих систему. Для параметров проектирования в пределах этих значений система должна уметь выполнять функции, определенные на предыдущем этапе.

Целью оптимального проектирования является выбор неопределенных параметров, введенных на предыдущем шаге. Эти параметры должны оставаться в пределах, определяемых технологическими ограничениями и назначением системы. Критерием выбора параметров может служить, например, минимизация меры затрат. Математически точный оптимум в этом случае может оказаться недостижимым и, следовательно, может служить только ориентиром. Однако методы выбора параметров системы должны обладать таким свойством, что если оптимум существует, то при достаточном терпении и заданном машинном времени оптимум должен быть в пределе достижим.

Последним шагом в модели технической разработки системы является описание оптимальной системы. В действительности он оказывается промежуточным шагом до тех пор, пока процедура проектирования технической системы не станет исключительно эффективной. Поэтому на следующий шаг указывают обратные связи на схеме модели технической разработки системы. Эта итеративная процедура продолжается до тех пор, пока заказчик не решит, что предлагаемая система является той, в которой он нуждается в действительности.

В книге А.В. Ильичева [5] рассматриваются подходы и методы, характерные для этапа проектирования элементов системы. Объектом исследования является проект создаваемого элемента, который должен быть изготовлен, испытан и внедрен в эксплуатацию, обеспечивая высокую эффективность технической системы в целом. В связи с этим анализ эффективности проектируемого элемента должен производится с учетом условий функционирования технической системы в целом.

В своем развитии техническая система проходит определенный жизненный цикл от зарождения идеи ее создания с заданной целью до конца периода эксплуатации.

На начальном этапе выбирается облик системы, соответствующий заданной цели и располагаемым ресурсом, рассматриваются альтернативные варианты достижения заданной цели, и выбирается наилучший из них. Заканчивается этап составлением тактико-технического задания на разработку технической системы и ее компонентов. Далее осуществляется проектирование составных частей технической системы (этап проектирования элементов). Проектирование каждого элемента системы должно быть согласовано с целями и задачами, поставленными перед технической системой в целом. На этом этапе определяются конкретные проектные параметры элемента, выпускается проектная и рабочая документация, проводятся необходимые испытания. После разработки серийной документации по проектному элементу осуществляется его изготовление на промышленных предприятиях (этап производства элементов). Затем осуществляется сборка технической системы из элементов и начинается этап ее эксплуатации. Высокоэффективная система может быть создана только при условии принятия соответствующих рациональных решений на каждом из этапов жизненного цикла.

Книга «Прикладное оптимальное проектирование» [5] является попыткой систематизировать изложения основ исследования эффективности на этапе проектирования технических объектов достаточно широкого класса. Эти основы охватывают подходы к построению моделей для исследования эффективности проектируемых элементов технических систем и методы разработки конкретных моделей исследований.

В качестве основных подходов были выделены системный, операционный и неопределенно-стохастический, а также рассмотрены основы моделирования эффективности как подход к получению количественных оценок. Необходимость проведения исследований с позиций указанных подходов обусловлена самим объектом исследования (сложная техническая система), необходимостью рассмотрения ее функционирования в ходе эксплуатации, неопределенностью исходных данных на этапе проектирования, а также возможностью оценок эффективности с помощью математических моделей.

Оптимальное решение задач проектирования технических систем в широком смысле – это идеальное решение с учетом всего множества влияющих факторов, всех необходимых ограничений и соблюдением требуемых пропорций и соотношений между параметрами. Это возможно лишь при полном наличии достоверных исходных данных и при установлении всех необходимых закономерностей изменения и взаимного влияния конструктивных, технологических и эксплуатационных факторов проектируемых систем.

Методам оптимизации и системному подходу при проектировании посвящены работы Д. Уайлда [6], Я. Дитриха [7], Э. Хога и Я. Ароры [4], В.С. Шевченко [8] и др.

В монографии [6] рассматриваются методы теории оптимизации в применении к задачам технического проектирования. Моделирование каждой задачи рассматривается как оптимизация некоторой целевой функции при соответствующих ограничениях. Но вместо решения задачи численными методами с помощью общепринятых программ отыскания оптимума здесь формулируются общие принципы нахождения оптимального проектного решения при минимально возможном объеме вычислений. При этом цель состоит не только в том, чтобы простыми способами найти проектное решение, но и в формировании строгих методов, раскрывающих сущность оптимального проектирования.

В книге [8] выделены два основных типа методов оптимизации: классические (метод дифференциального исчисления, метод множителей Лагранжа, вариационное исчисление) и так называемые методы математического программирования (линейное и нелинейное программирование, динамическое программирование, принцип максимума и др.).

Одной из основных особенностей книги [7] является системный подход к проектированию, который основан на учете всех существенных социально-технических связей создаваемой технической системы с окружением.

Таким образом, при проектировании современных технических систем наряду с методами оптимизации должны использоваться методы системного подхода, учитывающие все возможные связи проектируемых систем, как во внутреннем взаимодействии элементов, так и во взаимодействии с внешней средой.

ЛИТЕРАТУРА

1. Вопилкин Е.А. Расчет и конструирование механизмов приборов и систем. – М.: Высш. школа, 1980. – 463 с.

2. Решетов Д.Н. Детали машин: Учебник для студентов машиностроительных и механических специальностей вузов. – 4-е изд., переработ. и доп. – М.: Машиностроение, 1989. – 496 с.

3. Джонс Дж.К. Методы проектирования: Пер. с англ. – 2-е изд., доп. – М.: Мир, 1986. – 326 с.

4. Хог Э., Арора Я. Прикладное оптимальное проектирование.: Механические системы и конструкции: Пер. с англ. – М.: Мир, 1983. – 478 с.

5. Ильичев А.В. Эффективность проектируемой техники: Основы анализа. – М.: Машиностроение, 1991. – 336 с.

6. Уайлд Д. Оптимальное проектирование: Пер. с англ. – М.: Мир, 1981. – 272 с.

7. Дитрих Я. Проектирование и конструирование: Системный подход: Пер. с польск. – М.: Мир, 1981. – 456 с.

8. Шевченко В.С. Введение в оптимальное проектирование машин. – Минск: Наука и техника, 1974. – 112 с.


Автор: Шишлаков Петр Васильевич, к.т.н., доцент кафедры теоретической и прикладной механики Одесского национального морского университьета

Автор статьи: неизвестный | Дата публикации: 01:11 15.12.2016 Factinfo.Ru




Отзывы и комментарии
Ваше имя (псевдоним):
Проверка на спам:

Введите символы с картинки:



Ель или сосна?

Ель или сосна?


Физические характеристики этих пород очень близки. Ель имеет немного более рыхлую структуру, но за счет этого несколько теплее, чем сосна. Что касается степени подверженности внешним воздействиям, ...


Вкусные рецепты: ПАСТА из печёнки с грибами, Пирог*Манник*, Пышный пирог-розочка

Вкусные рецепты: ПАСТА из печёнки с грибами, ...


ПАСТА из печёнки с грибамиСухие грибы отварите, поджарьте на растительном масле вместе с измельчённым репчатым луком и порезанной печёнкой. Всё вместе потушите в течении 20-25 мин. Затем пропустите вс...


Для чего нужны каталоги статей?

Для чего нужны каталоги статей?


Сегодня интернет развивается семимильными шагами, сейчас провести рекламную кампанию в интернете сравнивают с печатными СМИ, пройдет совсем немного времени и интернет сравняется, а после и перегонит т...


Не махнуть ли на Бали? Чудный остров, знаете ли...

Не махнуть ли на Бали? Чудный остров, знаете ...


Независимо от того, что вы предпочитаете на отдыхе — серфинг, дайвинг, экологический туризм или любите диковинные места, а то и просто поваляться на пляже, Бали — очень даже подх...


Выбор смартфона на android

Выбор смартфона на android


В начале года были единицы смартфонов на android  поэтому выбирать было особо не из чего, ну а сейчас же их стало на столько много,  что под час уже не знаешь что взять. Сегодня я хотел б...


Красоту спасет паук

Красоту спасет паук


Многие открытия в косметологии происходили по похожему сценарию. Ученые обнаружили уникальные свойства того или иного вещества, начали применять его в медицине, или другой области. Получили хорошие ре...


Может заинтересовать

Писал ли Иван Серко письмо турецкому султану, или

Рано утром 11 августа 1680 года к завтраку неожиданно не вышел знаменитый запорожский кошевой атаман Иван Дмитриевич Серко. В последнее время легендарный казак часто болел (ему шел уже 71-й год) ...

Тестирование будущего первоклассника – что это так

Когда начинается «горячая» пора зачисления детей в школы, многих родителей волнует вопрос школьного тестирования будущих первоклассников: что это такое и как к нему подготовиться? Отмечу ...

Курсы английского: методики преподавания языка сег

Без знания иностранных языков в в ниши дни очень тяжело. Хотите сменить место работы? В большинстве Влиятельных организациях требуется английский. Собираетесь на отдых? И в данном случае желательны хо...

Выбор материала для отделки фасада.

Сайдинг, быть или не быть?Вопрос, который задает себе рано или поздно владелец загородного дома, будь он новый либо жилой. Ну что ж, давайте разбираться. В существующих технологиях, существуют 3 основ...

Что такое симбиоз, или Взаимодействие ради жизни

Еще со школьной скамьи многим известно о взаимодействии в природе, которое свойственно всем живым организмам — от микробов до человека. Например, на африканских равнинах в тесном соседстве ...

Как убедиться в том, что кошка здорова?

Чем раньше вы обнаружите заболевания, тем легче будет вылечить кошку. Загляните кошке в уши и посмотрите, нет ли там темно-коричневого воскообразного вещества или других признаков наличия ушных к...

Что нужно знать о морозильной камере при выборе хо

Сложно представить современное жилье без холодильника. Количество предложений моделей разной комплектации и набора характеристик сегодня настолько велико, что среди этого многообразия легко потеряться...

Важные моменты при подборе металлической двери.

Любая дверь является неотделимой частью жилья. Входные двери выполняют различные функции: защищают от взлома, шумных улиц, пыли и холода, так же они должны органично вписываться в стиль дома. В ходе т...

Возможности Windows Vista

В предыдущей статье о Windows Vista мы узнали, что собой представляет новая операционная система. Во второй части хотелось рассказать о других наиболее полезных и интересных возможностях ОС. И конечно...

Участники японских праздников: кто они?

Традиционные японские праздники вовлекают в свою орбиту массу людей всех возрастов — от детей до стариков. Это неотъемлемая часть жизни японского народа. «Для японца, в особенности жи...

О портале:

Наш портал является ресурсом, который включает в себя обширный перечень полезных и отличных статей. Каждый посетитель найдет для себя что-нибудь полезное. Адаптированный дизайн позволяет вам максимально быстро находить необходимую информацию. Самые разнообразные тематические статьи дают возможность вам совершенствоваться в той или иной сфере. Быть более начитанным и грамотным. Современный дизайн сайта позволяет просматривать статьи на всех существующих планшетах. Теперь найти подходящую информацию стало просто.

Мы собрали для вас познавательные и интересные статьи. На нашем портале вы отыщите ответы на интересующие вас вопросы. Элементарная система поиска дает возможность вам моментально отыскать нужную информацию. Адаптированный дизайн позволяет вам просматривать информацию на абсолютно любых электронных устройствах. Теперь, поиск актуальной информации будет занимать у вас считанные секунды.