Основы проектирования и конструирования

 
 

      ИНДИВИДУАЛЬНОЕ  ЗАДАНИЕ 

      по  курсу учебной дисциплины  

      «Основы проектирования и конструирования» 
 
 
 
 
 
 
 

         
 
 

      Содержание. 
 

 

 

Введение. 

     Цель  данной работы, как и курса «Основ инженерии проектирования технических систем», сформировать единое понимание философских и технических проблем при реализации конкретных инженерных систем, приборов и устройств. Овладения единой системой анализа и получения технических решений в соответствии с поставленными задачами проектирования и разработки инженерной конструкции. Научить единой системе анализа и получения технического решения в соответствии с исходной задачей.

     Технический объект (далее – ТО) это устройство, необходимое человеку для реализации определенных функций потребностей. Технический объект, созданный человеком  или автоматом, реально существующее устройство, предназначенное для удовлетворения потребности человека.

     Для реализации решения инженерной задачи был выбран технический объект – карандаш.

     Карандаш — инструмент в виде стержня, изготавливаемого из пишущего материала (угля, графита, сухих красок и т. п.) применяемый для письма, рисования, черчения.

      Функции технического объекта, карандаша, были рассмотрены в предыдущем задании. В данной работе рассмотрим законы строения технических объектов.

 

1. Реализации и проявления в выбранном объекте

(техническом  объекте) законов развития техники. 

1.1. Закон симметрии. 

      Симметрия – сопоставление геометрических фигур и точек в пространстве, физических явлений различного рода для установления законов и принципов их соответствия. Симметрия делится на: геометрическую (точечную и пространственную), физическую (аналоги физических процессов), социально-политическую.

      Основными элементами точечной геометрической симметрии  является плоскость симметрии, ось  симметрии, центр симметрии. Большинство  ТО подчиняются при конструировании элементам геометрической точечной симметрии. Карандаш сконструирован относительно оси симметрии, то есть имеет осевую (аксиальную) симметрию.

      Геометрическая  пространственная симметрия устанавливает  соотношение в пространстве между  объемными геометрическими элементами. Граненый карандаш повторяет элементы пространственной симметрии на своих гранях.

        Физическая симметрия в карандаше не просматривается. 

1.2. Закон гармонического соотношения параметров объектов. 

      Конструкция любого ТО соответствует перечню параметров. Параметры ТО делятся на главные (х) и второстепенные у₁, у₂,…… у_n = f (x). Второстепенные параметры имеют линейную зависимость от главных.

     Любая конструкция ТО имеет свой оптимальный  момент сочетания параметров, совокупность которых и определяет существование глобальных оптимум параметров (сочетание параметров для определенного ТО), оптимальные параметры круглого или граненого карандаша. Любой ТО, нормально реализующий свою функцию потребности, имеет значение своих параметров (х, у₁, у₂,…… у_n)  достаточно близких или совпадающих с гармоническим соотношением его параметров.

     Так для карандаша подобраны оптимальные  параметры длины и диаметра, что  любое отклонение от оптимальных, в  большую или меньшую сторону, делает конструкцию данного ТО неудобным в использовании.  

1.3. Закон корреляции параметров одного ряда объектов. 

      Закон корреляции формулируется так: однородный ряд ТО, имеющих одинаковую функцию  потребности и одинаковое техническое  решение, отображаемое набором параметров (х, у₁, у₂,…… у_n)  и отличающихся только значением главного параметра, связан между собой законом вида у_{ni =} a_ni x_{I +} b_ni

     Технические объекты одного ряда это ТО, которые  имеют одинаковую функцию потребности, одинаковые условия работы в смысле взаимодействия с обработанным объектом и окружающей средой, одинаковое техническое решение и отличаются только значениями главного параметра.

     Например, карандаш, имеющий одну и ту же твердость, что обеспечивает одинаковую функцию потребности и одинаковые условия работы, может отличаться размером диаметра или длины. 

1.4. Закон гомологических рядов объектов. 

      Закон гомологических рядов рассматривает  два понятия:

      - сходство генотипов;

      - различие генотипов.

     Выделяются  пары одинаковых инженерных решений  или пары одинакового функционального решения, но различного технического решения. При этом вводится величина:

     R = (a – b)/a,

     где: а – общее число совпадающих  и несовпадающих пар технического решения ТО;

     b – число совпадающих пар технического решения, тогда

     R – генотипическое расстояние, 0≤ R ≤1.

     Если  R = 0, то отличий между ТО нет. Если R = 1, то сравнимые ТО абсолютно разные по техническому решению, но могут быть одинаковы по функциональным и целевым назначениям.

     При R ≈ 0,8 ÷ 1, можно рассматривать модификацию ТО.

     При R ≈ 0,5 ÷ 0,8  – новая модификация.

     Модификацию карандаша можно рассматривать в случае изменения его размеров, цвета, формы, то есть при незначительных изменениях инженерного решения ТО.

     Новая модификация – это автоматический карандаш, который отличается от классического по техническому решению, но сохраняет свою функцию и целевое назначение. 

1.5. Закон соответствия

между функцией потребности  и структурой ТО. 

      Данный  закон строится на том, что система  проявляется в эксплуатации естественно.

      Основой этого закона являются следующие аксиомы:

      –  ТО, работающие в одинаковых условиях и выполняющие одинаковые функции приобретают одинаковую структуру и одинаковую форму;

      –  ТО, имеющие одинаковую форму и структуру, есть ТО с одинаковыми функциями.

     Вторая  аксиома предопределяет возможность проведения инженерного анализа по установлению, что есть данное техническое устройство. Целостность ТО заключается в том, что его структура с участием каждого элемента реализует определенно заданную функцию. Отсюда следуют выводы:

      1. Линейных деталей ТО не бывает.

      2. Реализуемая техническая система  в промышленности изготовляется  по принципу минимальных затрат (научных, технологических, физических  и материальных), известных на  данный момент времени.

     Закон соответствия:

     Каждый  элемент ТО или его конструктивный признак имеют хотя бы одну функцию, обеспечивающую реализации функции ТО. Исключение элемента или признака ТО приводит к ухудшению каких – либо показателей или прекращению выполнения ими своих функций. Структурная схема ТО отображает системную целостность ТО.

     На  примере карандаша, как ТО – одна из важнейших функций грифель. Исключение этого элемента в ТО - карандаш приводит к прекращению выполнения основной его функции.  

1.6. Закон расширения множества функций потребности. 

      Данный  закон отражает факт появления новых ТО в различных странах достаточно независимо друг от друга и имеет отношение к общей глобальной тенденции развития техники. В развитии техники возникает ситуация новых реальных потребностей (спрос рождает предложение) ТО становится средством реализации реальной потребности, так как становится объективной.

     Функции потребности, возникнув однажды, сохраняются в техносфере как угодно долго, пока её реализация будет обеспечивать сохранение улучшения жизни людей. В инженерии установить продолжающуюся функцию потребности данного ТО означает выделение направления дальнейшего развития конструкций ТО, то есть перспективную инженерную проработку. В противном случае имеет место тупиковое инженерное решение.

     На  примере карандаша можно наблюдать как простой ТО превратился в инженерную конструкцию автоматическое изделие изготовленное из современных материалов.

     Существует  систематика потребностей и их иерархия. Выделяют семь групп потребностей:

      1. Физиологические потребности (в пище, одежде, жилище и т.п.).

      2. Потребность в безопасности (защита от преждевременной смерти, потеря средств обеспечения физиологических потребностей)

      3. Потребность в любви и душевной привязанности к другим людям (друзья, жена, дети).

      4. Потребность в уважении со стороны других людей и самоуважении.

      5. Потребность к самовыражению и проявлению своих индивидуальных способностей.

      6. Желание узнать и познать окружающий мир, что способствует удовлетворению потребностей 1-5.

      7. Эстетические потребности в красоте.

      Карандаш  отвечает большинством из перечисленных потребностей. С помощью этого ТО, можно показать свои способности, тем самым познать окружающий мир и выразить эстетические потребности, что будет способствовать удовлетворению иных потребностей.

        Типичные (основные) ситуации появления новых функций потребности: