9. ОЦЕНКА ПЕРСПЕКТИВНОСТИ АЛЬТЕРНАТИВНЫХ РЕШЕНИЙ ПРИ ФОРМИРОВАНИИ ТЕХЗАДАНИЯ НА МАШИНУ
Интеграция страны в мировой рынок продукции машиностроения, предъявляются требования расширения выпускаемой номенклатуры, улучшения качества продукции, новизне и патентной чистоте, удобству, а главное рентабельности. Это требует поиска новых альтернативных конструктивных решений и оценки их перспективности.
9.1. Прогноз при разработке технического задания
Техническое задание является основным конструкторским документом определяющим основные характеристики создаваемой машины. Оно разрабатывается на основе прогноза, основной целью которого является выявление потребностей и оптимального технического уровня машины востребованной потребителем.
Опытно-конструкторские работы (ОКР) начинаются с разработки, согласования и утверждения технического задания (ТЗ) – исходного документа, определяющего показатели технического уровня разрабатываемой машины. ТЗ определяет направления проектирования вновь создаваемых изделий и проведение работ по модернизации изделий, стоящих на производстве. Анализ результатов поисковых исследований, ТЗ на ОКР показывает, что номенклатура показателей назначения, надежности, технологичности и стандартизации, определяющие технический уровень (ТУ), имеют ярко выраженную преемственность с функциональным аналогом. Чаще всего, который создавался для других целей или условий применения. Экономические, функциональные и технологические показатели изделия слабо связаны между собой, а часто - противоречивы, вызывают затруднения в их обеспечении, и, как следствие, завышают совокупные затрат на всех этапах жизненного цикла проектируемых изделий.
Избежать этого можно если при формулировании ТЗ ориентироваться на достижение конкретно поставленной конечной цели. ТЗ должно содержать перечень конкретно сформулированных основных функций рассматриваемого или модернизируемого изделия (с выделением главного), достижение которых проектировщики должны обеспечить, например: - выполнение определенного вида работ в течение определенного времени или, при соответствующих затратах труда или материальных средств, непрерывно или в течение определенных интервалов; - управление оператором (при соответствующей эмоциональной нагрузке и привлекательности труда или без него); - удовлетворить действующим или нормативным требованиям к технологическому процессу, а также правовым и экологическим требованиям.
Проектировщикам остается свобода экспериментировать в средствах осуществления основных и вспомогательных функций и в формировании развернутой функционально-структурной формы изделия. Принципы построения альтернатив формулирования ТЗ и критерий их оценки могут и должны быть обоснованы. Весьма полезным для этого является функциональный подход – основа теории функциональной организованности системы, предполагающей нахождение путем применения развитого аппарата методом синтеза и анализа, наиболее экономичных способов реализации всех функций объекта исследования, который при проектировании совершенствуется (в разработках конструктора) в нематериальной форме, а как комплекс функций, им выполняемым. Т.е. проектирование изделия предполагает переход с предметного уровня (анализ аналогов) на уровень функционального проектирования: проектирование изделия как системы функций, воплощенных в носителях функций – соответствующих технических решений.
Основными задачами методологии функционального подхода являются: анализ и прогноз тенденций развития и перспектив спроса на изделие соответствующего назначения и технического уровня; нахождение наиболее рациональных сочетаний основных параметров, вариантов формулировки ТЗ с точки зрения технических и экономических требований рынка (заказчика); установление функционально-необходимых затрат, диапазона их изменений; устранение несогласованности между параметрами.
Основной задачей ТЗ при данном подходе становится необходимость указать проектировщикам, какие характеристики и показатели технического уровня изделия должны быть достигнуты в результате конструкторской разработки. Разработки ТЗ в данном случае должны предшествовать прогнозной работе по определению условий применения изделия. Также поисковые и прикладные работы, которые в своей основе предполагают поиск принципов реализации функций (НИР), принципиально новых инженерно-технических решений и их реализации и дальнейшего улучшения их характеристик. При выполнении этих работ дать экономическую оценку, как правило, не представляется возможным, и главным является выбор принципа действия, при котором будет реализовано достижение надлежащих характеристик и параметров при минимальном наборе промежуточных и вспомогательных операций.
Поскольку основной задачей разрабатываемого ТЗ является формулировка системы показателей технического уровня будущего изделия необходимо осуществить и их прогнозирование. Ниже рассмотрим подход к этому этапу работ и содержание этих показателей.
9.2. Прогнозирование технического уровня разрабатываемых альтернативных технических решений
Технический уровень машин (ТУ) определяется системой показателей. Среди показателей технического уровня, определяющих конкурентную способность и качество выпускаемых машин и оборудования, наиболее важными являются следующие: показатели назначения, надежности, технологичности, стандартизации, унификации, экономические, эргономические и показатели безопасности жизнедеятельности, связанные с использованием машин и оборудования. Прогнозирование ТУ сводится к прогнозированию перечисленных выше показателей методами научно-технического прогнозирования, которые подробно рассмотрены в предыдущих разделах. Данный же раздел посвящён подробному рассмотрению содержания этих показателей и их взаимосвязи с вопросом прогнозирования.
Показатели технического уровня отражают свойства и функции технических систем. Они по определённым признакам сведены в группы приведенные ниже.
Показатели назначения определяют способность машин осуществлять те или иные технологические операции. Каждая машина и механизм проектируются для осуществления определенного набора операций, и степень их выполнения характеризуется данным показателем.
Кроме заявленных операций, машина может выполнять сопутствующие производные и вспомогательные операции. При соответствующем оснащении приспособлениями и добавочным оборудованием, перечень выполняемых операций может быть значительно расширен, что также повышает упомянутый выше показатель машины.
Сказанное выше отражается в технической документации в виде функциональной схемы машины.
Показатель надежности определяет изменение, происходящее в машине на протяжении всего времени эксплуатации и возможность выполнения машиной заданных ей технологических функций с гарантированными характеристиками.
Надежность включает в себя показатели безопасности, долговечности, ремонтопригодности, сохраняемости.
Показатели технологичности определяют возможность и экономичность изготовления машин. А также придания машине требуемых техническими условиями свойств.
Показатели экономичности определяющие в стоимостном выражении показатели эффективности производства и эксплуатации машины. Желательно рассмотреть экономические показатели изделия за весь его жизненный цикл (исследование технологического процесса выполняемого изделия, проектирование и изготовление опытного образца и испытания, технологическая подготовка производства (проектирование оборудования и его изготовление), производство или изготовление машины, эксплуатация машины, техническое обслуживание и ремонт (возможная модернизация), утилизация).
Показатели стандартизации и унификации определяют степень преемственности конструкции и применения для ее изготовления имеющегося оборудования.
Патентно-правовые показатели характеризуют новизну применяемых конструктивных решений, степень их опатентованности, а также конкурентоспособность машины.
Эргономические показатели определяют степень учета человеческого фактора при проектировании машины, как человеко-машинной системы. В связи с этим возникает потребность в согласовании конструкции машин с рабочими характеристиками человека.
Показатели безопасности жизнедеятельности определяют степень безопасности машины для здоровья человека и окружающей среды.
Создавая технику, мы можем формировать направление развития данных показателей, и, таким образом, прогнозировать направления развития машин и оборудования пищевых производств.
9.3. Генерирование альтернатив конструктивных решений
Генерирование альтернатив, их предварительная обработка на уровне принципа действия, может быть осуществлена с использованием группы методов генерирования идей на уровне инженерно-технических решений. А также перечня и необходимого набора значений оценочных показателей и параметров – с использованием группы методов мозгового штурма и морфологических исследований
Можно привести пример генерирования альтернатив инженерно-технических решений - перечня и значения оценочных показателей и параметров, и тем самым, давая прогноз возможности их появления. Это построение морфологической матрицы для выбора инженерно-технических решений и показателей технического уровня, предназначенных осуществить определенный набор функций (см. табл. 9.1).
При рассмотрении таблицы видно, что для реализации приведенного в ней набора функций можно выбрать по одному варианту применительно к достижению целей – повышение технического уровня (относительно аналога или прототипа, если это требуется), или использовать решение одновременно с несколькими вариантами из одной строки. Таким образом, число возможных альтернатив формулировки ТЗ в рассмотренном нами случае может быть довольно значительным, в рассмотренном нами примере, при выборе только по одному варианту из строки, будет 4·4·4·3·4·4·3=9216.
Расширение поля поиска позволяет не пропустить оригинальные и перспективные решения, чтобы обойти конкурента, но делает необходимым проведение анализа и экспертизы большого числа вариантов.
Прогнозирование направления развития машин и аппаратов осуществляется путем проведения обоснованного вывода вариантов на базе единых измерений.
9.4. Оценка альтернатив конструктивных решений на основе систем оценочных показателей
Рассмотрение вариантов формулировки ТЗ, оценка перспективности анализируемого принципа и инженерно-технического решения по реализации основных функций будущего изделия, предъявляемых к нему требований и значений регламентированных показателей технического уровня, осуществляется на основе оценочных показателей:
Таблица 9.1.
Морфологическая матрица формирования вариантов инженерно-технических решений реализации функций проектируемого изделия.
| Функции изделия |
Варианты |
|||||
| 1 |
2 |
3 |
4 |
|||
| Обеспечивает более высокую производительность |
Увеличение ширины захвата |
Увеличение рабочей скорости |
Совмещение операций |
Увеличение коэфици- ента использова-ния рабочего времени |
||
| Обеспечивает более высокую надежность |
Увеличение наработки на отказ |
Снижение времени уст- ранения отказа (конструктивно) |
Введение системы планово-предупреди- тельных ремонтов |
Возможность операти- вного контроля за состоянием нагруженности (диагности- рование) |
||
| Обеспечивает более высокую эргономичность |
Улучшение Физиологических параметров рабочего места |
Перераспределение функций управле -ния за счет авто матизации |
Подбор оператора с учетом его профессиональ-ных качеств |
Тренировка профессиональ- ных качеств оператора |
||
| Обеспечивает более высокую эстетичность |
Компоновка агрега- тов и сборочных единиц и оболочковое формообразо- вание |
Применение облицовок и щитков |
Применение красок различ- ных цветов для выделения функциональной принадлежности определенных частей и оборудования |
|||
| Обеспечивает более высокую технологичность |
Применение конструкции деталей машинной сборки |
Применение конст- рукций улучшенной собираемости (кон- структивной отде- лимости) |
Применение унифици- рованных узлов |
Применение агрегатирования |
||
| Обеспечивает низкий вес на единицу производительности |
Применение эконом- ичных гнутых про- филей проката |
Применение высокопрочных материа- лов |
Отработка изделий на равнопрочность конструкции |
Объединение функций в одном агрегате |
||
| Обеспечивает высокую транспортабельность |
Складываемость |
Разборка на блоки |
Возможность изменения направления движения |
|||
- По – показатель организованности системы; - Пс – показатель сложности структуры; - Пр – показатель функционального разнообразия; - Пв – показатель функционально воплощения.
Чтобы оценить степень организованности ТЗ, целесообразно положить в основу следующее: чем больше лишних показателей ТУ (не несущих действительной функциональной нагрузки), тем меньше По. В идеале, каждой функции должен соответствовать свой показатель ТУ. По связан с трудоемкостью проектных работ, так как сокращение числа требований, ограничений, сокращает сроки работ на разработку, снижая стоимость разработки ТЗ.
Пс - является измерителем степени выполнения принципа совместимости и выражает отношение числа сопрягаемых показателей к их общему числу в альтернативе ТЗ. Более высокий показатель соответствует более высокой степени сложности задания. Сопрягаемость показателей показывает возможность совмещения функций в одной подсистеме и сокращение элементов системы. Совмещение функций может быть весьма важным фактором, облегчающим организацию производства.
Пр - отражает принцип актуализации показателей ТУ и оценочных показателей ТЗ. Пр служит для оценки числа новых функций, сообщаемой разрабатываемой машине путем реализации новых функций, предоставленных в данной альтернативе. Этот показатель определяется из отношения полезных функций к общему числу функций, выполняемых машиной. Более совершенной будет альтернатива, имеющая большую величину этого показателя. Данный показатель связан с эксплуатационными характеристиками машины и весьма важен при расширении ее универсальности, оказывающем влияние на увеличение масштабов производства.
Пф - отражает действие принципа сосредоточения функций, позволяет оценить, с помощью скольких второстепенных функций выполняются в изделии основные, на реализацию которых ориентировано ТЗ. Чем ближе показатель к единице, тем более совершенней можно считать альтернативу ТЗ, если она обеспечивает требования заказчика. Этот показатель позволяет оценить уровень требований к иженерно-техническим решениям с точки зрения эффективности использования ресурсов.
Для того чтобы дать окончательную оценку и совершенство ТЗ в процессе прогнозирования, перечисленные показатели должны быть рассмотрены в совокупности. При этом может быть применен комплексный показатель, основанный на перечисленных выше показателях, который зависит от условий, направленности, характера решаемой проблемы, а также от весомости каждого показателя, весомость которых определяется, используя экспертные оценки.
Комплексный показатель П может быть определен:
где: Пj – конкретный оценочный показатель из рассмотренных выше; - Кij – оценка весомости i-того варианта ТЗ по j-тому оценочному показателю; - (Σ Кij = 1) – выдаваемая экспертами, в зависимости от цели исследования (прогноз, НИР, ОКР); - n – число оценочных показателей (в рассмотренном случае 4).
Предложенный подход отработки ТЗ и его оценки дает возможность разработчику широко рассматривать решаемую проблему по созданию новой машины или ее модернизации и обеспечить проектировщику свободу творческого поиска, в отличие от метода базовой машины для сравнения и зарубежного аналога. В тоже время, широко рассматриваемая проблема сужается оценочными показателями до уровня реально обозримой. Это позволяет снизить затраты времени и средств на проектирование и избежать излишних затрат за жизненный цикл будущего изделия, а также спрогнозировать направление его совершенствования в условиях изменения требований.
Приведенного в пособии материала вполне достаточно для решения подавляющего большинства задач прогнозирования сельскохозяйственной техники, возникающих при её проектировании.
Изложенное выше позволяет конструктору правильно ориентироваться в рыночной конъюнктуре, правильно оценивать влияние организационных факторов на функциональные и экономические показатели техники.
Если возникает необходимость углублённого изучения методов прогнозирования, в пособии приведен список основной литературы, позволяющей самостоятельно и углублённо освоить методы прогнозирования.
Разделы 2,5, 6, 8 опираются на собственные разработки авторов пособия и углублённое изучение этих разделов возможно только на основе работ авторов пособия приведенных в дополнительном списке литературы.
| На главную |