Художественное конструирование и эргономика ПР

ПР — мобильная машина-автомат, которая находится в производственном помещении современного автоматизированного производства рядом с оборудованием и операторами. В связи с этим к проекту ПР на ряду с техническими требованиями предъявляют также требования, относящиеся к художественному конструированию и эргономике и определяющие связи ПР с человеком и производственной средой.

Эти требования при проектировании рабочих машин сводятся в основном к следующему:
- необходимо обеспечить гармоническую форму машины с высокими эстетическими качествами;

- машина должна быть удобной при пользовании и соответствовать условиям эксплуатации, при этом должны соблюдаться антропометрические и психофизические нормы.

Художественнее конструирование по своему содержанию фактически является предметом технического дизайна.

Эргономика изучает взаимосвязи и взаимодействия человека с машиной в процессе труда, она базируется на инженерной психологии и физиологии человека.

Проектировщик ПР на стадии художественного конструирования и проработки эргономических вопросов должен сотрудничать с художником - конструктором и специалистом по эргономике.

Методы художественного конструирования ПР. Проработка конструктивной компоновки ПР в целом и его узлов осуществляется на базе следующих основных методов художественного конструирования:

- метода композиции — составления объемно-пространственной структуры, отвечающей назначению ПР и отражающей его внутреннюю схему;
- метода пропорции (или соразмерности) всей конструкции и отдельных ее частей.

При проработке композиции ПР надо учитывать также: ритм — закономерное чередование элементов формы, располагаемых в порядке убывания или нарастания размеров и отражающих функциональные особенности конструкции; симметрию — композицию элементов с размещением их масс вокруг общего центра или оси.

Симметричная композиция подчеркивает обычно статичность формы (например, станина, стойка, пульт управления); асимметричная композиция свойственна подвижным элементам конструкции (например, рука ПР).

Применение методов композиции и пропорций позволяет получить компоновку ПР гармонической формы.

Ниже приведены примеры применения указанных методов.

Пример. 1. Варианты пропорций узлов ПР иллюстрирует рис. 18. На рис. 18, а показан результат неудачного выбора пропорций между основной частью — неподвижной стойкой 1 — и подвижной частью 2, несущей руку 3. Слишком мощная подвижная часть 2 оформлена в виде корпуса, закрывающего руку. Кроме того, этот вариант компоновки имеет резко выраженную асимметрию подвижной части 2 (ось вращения смещена влево). Нарушение пропорций ПР может вызвать осложнения в его работе: неправильно распределенные массы создадут дополнительную нагрузку на привод и узлы. Более пропорциональной и гармоничной является компоновка ПР, показанная на рис. 18, 6.

Рис. 18. Примеры пропорций основных частей ПР

2. Композиция ПР с нарушенным ритмом его частей показана на рис. 19, а: у стойки 1 облегчена нижняя часть и утяжелена верхняя часть; кисть 4, ЗУ 5 м локоть 3 руки более массивные по сравнению с ее плечом 2. Такой ПР также будет иметь неудовлетворительные динамические характеристики. ПР с той же схемой, но с правильным ритмом частей приведен на рис. 19, б.

Рис. 19. Ритм в пропорциях ПР

Рациональные пропорции между элементами конструкций ПР могут быть выбраны на основе известных в архитектуре математических соотношений. Пропорции выражаются отношением размеров элементов по двум или трем координатам. Например, а прямоугольных плоскостных координатах пропорциональная связь выражается отношением высоты к ширине прямоугольных элементов. На такие модульные элементы можно разбить главный вид конструктивного чертежа ПР.

К числу известных соотношений, используемых в художественном конструировании, относятся следующие (рис. 20):
- соотношения с прямой пропорцией (рис. 20, а), при которых диагонали прямоугольных элементов параллельны и отношения их сторон равны: h/l – h'/l';

- соотношения с обратной пропорцией (рис. 20, б), при которых диагонали прямоугольных элементов взаимно перпендикулярны и отношения их сторон равны: h/l т h'/l'.

Рис. 20. Виды пропорций элементов ПР

Обычно при проектировании конструкций, состоящих из таких прямоугольных элементов, для гармонизации формы используются следующие числовые значения отношений h/l: простые отношения 3/2, 4/3, 5/З, 5/4, 6/6; иррациональные отношения √2/1, √3/l, в том числе так называемое "отношение с золотым сечением": (√5 + 1)/2.

Геометрическое построение "золотого сечения* показано на рис. 20, в. Золотое сечение представляет собой деление большего катета прямоугольного треугольника с соотношением катетов 1/2 на две части таким образом, чтобы большая часть h относилась к меньшей l так, как весь отрезок h + l относится к h, а именно: h/l = (h + l)/h = (√5 + 1)/2 = 1,62 (или приближенно 5/3).

Эстетическое воздействие рациональных геометрических пропорций объясняется в архитектуре тем, что наблюдатель при этом получает оптимальное зрительное восприятие. В разработках по художественному конструированию (путем математического моделирования на АВМ и ЭВМ) показано, что использование рациональных геометрических пропорций при компоновке рабочих машин позволяет Уменьшить вероятность их колебаний. Это обстоятельство чрезвычайно важно при проектировании ПР, в которых, например, колебания руки ПР существенно ухудшают точность позиционирования.