Технические науки /3. Отраслевое машиностроение

Асп. Борисова М.С., д.т.н. Гусаров А.В.

Московский государственный университет дизайна и технологии, Россия

Методика разработки технического продукта легкой промышленности, основанная на принципах функционального конструирования

В последние десятилетия в практике работы с проектами широкое распространение получили методики разработки технического продукта, основанные на принципах функционального конструирования. Здесь все многообразие функций технических систем сводится к ограниченному числу пар прямых и обратных операций (операторов). Практически во всех машинах и аппаратах имеются механизмы и устройства, принципы работы можно описать парой операторов: Увеличивать/ уменьшать, В частности оператор увеличивать описывает основную функцию различных усилительных устройств, в частности, механических усилителей мощности (МУМ).

Физические операторы обозначаются посредством символов и выражений концептуальной алгебры [1]. Всего пользователь имеет в своем распоряжении 24 физических оператора. Их графическая интерпретация представлена на рис.1.

Если конструктор обдумывает новый продукт, для которого не известны прототипы, то первый конструкторский шаг заключается в том, чтобы, исходя из постановки задачи, получить оператор или операторную структуру, которые обеспечивают достижение основной цели и по возможности выполнение иных требований. Этот этап, т.е. преобразование описания цели в одну или несколько операторных структур, следует обозначить как операторный (функциональный) синтез. Результатом первого конструкторского шага является операторная или функциональная структура.

Рис. 1. Междисциплинарные операторы

Первый конструкторский шаг в компактной форме может быть записан следующим образом:

ЦЕЛЬ - ОПЕРАТОРНЫЙ СИНТЕЗ - ОПЕРАТОРНАЯ СТРУКТУРА

В общем случае можно получить несколько операторных структур, обеспечивающих достижение заданной цели, т.е. решение поставленной задачи.

Чтобы успешно обсудить операторный синтез, важно знать, что имеющие место в технических продуктах (машинах, аппаратах, приборах и т.п.) сложные процессы состоят из сравнительно небольшого числа «элементарных физических составляющих» так называемых элементарных функций [2]. Если исходить из этой гипотезы, то отсюда следует, что новая операторная структура может быть определена посредством соответствующего структурного синтеза вышеупомянутых элементарных функций. Определение «элементарная функция» - это сокращенное обозначение деятельности (процесса), которая не подлежит дальнейшему делению и для ее реализации требуется один физический эффект Элементарные операторы (элементарные функции) — это, например, уменьшение или увеличение силы на требуемую величину, изоляция вещества или электрической энергии от окружающего пространства, а также изменение направления силы и т.д. Напротив центрирование детали, включение электрического тока или монтаж некоторой детали не являются элементарными операторами. Эти «кажущиеся элементарные деятельности» на самом деле состоят из нескольких элементарных компонентов. Вышеупомянутые слова «центрирование, включение» и другие описывают несколько элементарных составляющих. В частности, общепринятое понятие «переключать» требует два элементарных оператора "проводить" и "изолировать" [3].

Переключатель для энергии или вещества (вентиль, запорный кран и т.п.) технические системы, которые проводят или изолируют (периодически) потоки энергии или вещества.

Технические системы служат исключительно целям что-то совершать с энергией или веществом, например, преобразовывать, проводить, сохранять и т.д.

Так как представление и обработка сигналов, соответственно информации, осуществляется исключительно посредством энергии и веществ (точнее посредством изменения некоторых параметров энергии и веществ), в дальнейшем достаточно ограничиться рассмотрением преобразования энергии и вещества.

Обработка данных (соответственно информации) может опять приводить к изменению физических величин энергии и веществ. Поэтому при разработке продукта нет смысла останавливаться на обработке информации.

Все технические системы делают что-то с энергией и (или) веществом; они их сохраняют или проводят от А к В, или изменяют тем или иным способом.

При задании основных операторов необходимо различать технические системы для работы с энергией и работы с веществами.

Заключение. Данная методика позволяет увеличивать уровень разрабатываемых технических средств и существенно уменьшать сроки их проектирования.

ЛИТЕРАТУРА:

1. Fukin W.A., Koller R., Gusarow A.W. u.a. Allgemeine Konstruktionstechnik, Methode zur Modellierung und Optimierung technischer Systeme. 2., vollig neubearbeitete und erweiterte Auflage. Deutsch - russischer Hochschultext (Lehrbuch) - Erstes internationale Lehrbuch fur technische Hochschulen Russlands und Lander der Europaischen Union . KnoRus - Verlag, Аachen /Klagenfurt/Biel-Bienne/Kaiserslautern/ Stockholm/Pirmasens /Saint-Petersburg/ Moskau . 2002. = Фукин В.А.,Коллер Р., Гусаров А.В. и др. «Стратегия и тактика инвариантного конструирования, моделирования и оптимизация технических систем» (Второе переработанное и дополненное издание) Русско-немецкий учебно-методический комплекс. Первый интернациональный учебник для высших технических учебных заведений России и стран Европейского Союза. Издательство Кно-Рус. Москва/ Санкт-Петербург/ Аaхен / Клагенфурт/ Биль-Бинне/ Кайзерслаутерн/ Пирмазенс/ Стокгольм.2002.

2. Feldhusen, Jörg; Benders, Martin J.; Günther, Benedikt: Adding a material and process selection to the systematic engineering design process. In: Proceedings of the Eight International Symposium on Tools and Methods of Competitive Engineering - TMCE 2010, April 12-16, Ancona, Italy. Eds. Imre Horváth, Ferruccio Mandorli and Zoltán Rusák. - Delft : Faculty of Industrial Design Engineering, Delft University of Technology, The Netherlands Vol. 1, 2010.

3. Гусаров А.В., Комиссаров А.И., Фомичев В.И.: Основные направления в конструировании оборудования легкой промышленности на основе усилителей с кинематическими связями. М.:ЦНИИТЭИлегпром.