Структурные элементы конструкции.

Содержание процесса конструирования.

Конструирование является одним из древнейших видов инженерной деятельности человека. Все что создано руками человека в процессе развития материальной культуры от каменного топора до современной ЭВМ проходило стадию конструирования.

С течением времени объекты конструирования усложнялись, и всё более сложным и ответственным становился труд конструктора, всё большее значение приобретало развитие научной базы конструирования. Это развитие, однако, протекало неравномерно. Наряду с имеющимся мощным аппаратом инженерных проверочных расчетов существует ещё крайне мало методик проектных расчетов, необходимых для синтеза и оптимизации конструктивных решений, а при реальном конструировании до сих пор преобладают эмпирический и эвристический методы.

Одной из причин, сдерживающих развитие теоретических основ конструирования, является отсутствие в настоящее время научного обоснования содержания процесса создания нового объекта. Этот процесс содержит следующие важнейшие стадии:

– разработка функциональной идеи объекта и первичных технических условий его реализации;

– выбор технического принципа реализации идеи и разработка принципиальной схемы;

– разработка конструкции объекта;

– изготовление и испытание опытного образца;

Не анализируя подробно содержание каждой стадии, можно отметить, что вторую и третью связанные между собой стадии объединяют термином «проектирование».

Таким образом, конструирование, прежде всего, является одним из этапов более общего процесса проектирования и следует за разработкой принципиальной схемы. Сопоставляя результаты каждой из этих стадий, и имея в виду их последовательность, можно прийти к выводу, что в процессе разработки конструкции происходит воплощение в материальные тела (детали) и их композиции (сборочные единицы) элементов схемы, выражаемых с помощью условных символов. Поэтому графическое изображение отдельных материальных тел и их композиций составляет содержание конструкторских чертежей. Хотя при конструировании непосредственно разрабатываются лишь графические модели материальных тел, его, тем не менее, можно рассматривать условно как процесс материализации принципиальной схемы.

Структурные элементы конструкции.

Всякое сложное изделие можно разделить на такие составные части, при разработке которых имеются существенные различия в методах ипринципахконструирования. Эти части целого являются элементами структуры его конструкции (см. рисунок). Выявление структурных элементов важно для осуществления процесса конструирования, изучение конструкций готовых объектов и обучение конструированию.

Первичными элементами реальной конструкции прибора (П) и простейшими объектами конструирования являются детали (Д). Выполнение деталями их функций в изделии осуществляется через их парные соединения (СД), представляющие собой элементарные сборочные единицы. Из соединений образуются конструктивные цепи (КЦ) и узлы (КУ), которые в свою очередь служат основой для построения функциональных устройств (ФУ), выполняющих конкретные операции процесса функционирования объекта.

Расчленение конструкции прибора на перечисленные элементы правомерно, т.к. они удовлетворяют условию функциональной автономности, а принципы и методы их конструирования имеют существенные различия. Согласно этой схеме обучение конструированию на обобщенном уровне начинают с деталей и переходя от простого к сложному, заканчивают функциональными устройствами включительно. Дальнейшее комбинирование ФУ зависит от специфики прибора и связано с реализацией частных процессов конструирования.

Методы конструирования.

Характерными чертами конструирования сложных объектов является массовость решаемых задач и многовариантность возможных решений. Следует различать две группы методов:

– методы поиска оптимальных решений

– методы оценки возможных решений

Процесс принятия решений основан на синтезе тех и других. Основным методом поиска в настоящее время является метод аналогии, обусловленный личным опытом конструктора и опытом обобщенным в справочной литературе. Большинство решений принимаются этим методом. Оценка принимаемых методов решений носит качественный характер и лишь в отдельных случаях основана на проверочных расчетах (на прочность, жесткость, точность и т. д.).

В тех случаях, когда возникают затруднения с принятием однозначного решения, конструктор прибегает к методу перебора известных вариантов. Оценка вариантов имеет большое значение и в особо сложных случаях основывается на проверочных расчетах и даже на экспериментальных исследованиях, однако решение и тогда принимаются главным образом на основе опыта. Основная причина этого связана с отсутствием в настоящее время инженерных методик выполнения оценок по большому числу критериев.

Следующая ступень усложнения процесса принятия решений характеризуется недостаточностью набора известных возможных вариантов. Процесс конструирования начинается с поиска подходящих вариантов, который выполняется методом проб и ошибок и состоит в разработке новых вариантов на основе комбинирования известных, при этом нередки случаи изобретений оригинальных решений.

В общем случае качество будущего объекта должно удовлетворять ряду требований, т.е. должно оцениваться по нескольким показателям качества, например: по точности, надежности, стоимости и т.д. Опыт показывает, что описанные методы конструирования не обеспечивают в этих условиях оптимальность принимаемых решений. Основной причиной является трудность одновременной оптимизации параметров объекта по всем показателям. В реальных условиях проектирования конструктор, хотя и держит в поле внимания все показатели, но предпочтение отдает лишь некоторым по его мнению, критичным в данном случае.