Точно сформулировать проблему и цель работы.
Предложить электромобиль эффективной конструкции.
Выявить характерные (основные) параметры проблемы.
Под такими параметрами понимают значимые признаки объекта исследования, например, основные функции или их носители, (основные составные части) и т.п.
Такой выбор производится из следующих условий:
- существенности для любого решения
- независимости друг от друга
- охвата всех аспектов проблемы
- равноценности функций (широкие, в меру обобщенные, значимые функции не следует рассматривать наравне с более мелкими, частными)
- немногочисленности функций, что, с одной стороны, позволяет внимательней изучить полученный на последующих этапах информационный массив, а с другой (и это главное), обеспечит выполнение предыдущей рекомендации.
Фактически требования к выполнению этого этапа сводятся к соблюдению правил логического расчленения.
А - источник электроэнергии
Б - двигатель
В - движитель
Д - опора
Е - орган управления
Перечислить все возможные варианты реализации выделенных составляющих.
Или, другими словами, произвести для каждого выделенного компонента логическое деление.
Для источника электроэнергии:
А1 - аккумулятор
А2 - подземный кабель
А3 - контактные провода
А4 - генератор с автономным приводом
А5 - солнечная батарея
Для двигателя
Б1 - обычный с внутренним ротором
Б2 - с внешним ротором
|
|
|
Б3 - возвратно-поступательный
Б4 - линейный
Б5 - шаговый
Для движителя
В1 - колесо
В2 - воздушная струя
В3 - нога
В4 - гусеница
В5 - электромагнитные силы
Для опоры
Г1 - колесо
Г2 - воздушная подушка
Г3 - магнитный подвес
Г4 - нога
Г5 - гусеница
Для органа управления
Д1 - колесо
Д2 - направляющая
Д3 - нога
Д4 - воздушная струя
Д5 - гусеница
Надо заметить, что подобный массив информации гораздо нагляднее, компактнее и удобнее в работе, когда оформлен в виде таблицы (матрицы).
| Носитель основной функции | Варианты реализации | ||||
| Источник электроэнергии | А1 | А2 | А3 | А4 | А5 |
| Двигатель | Б1 | Б2 | Б3 | Б4 | Б5 |
| Движитель | В1 | В2 | В3 | В4 | В5 |
| Опора | Г1 | Г2 | Г3 | Г4 | Г5 |
| Орган управления | Д1 | Д2 | Д3 | Д4 | Д5 |
При этом общее число комбинаций N=5х5х5х5х5=3125.
Составление вариантов решений.
Их получают как результат комбинаций различных сочетаний вариантов реализации основных составных частей. Здесь важно не потерять интересную идею, не отбросить с заведомо не осуществимой комбинацией свежую, нетрадиционную мысль.
В этой таблице находятся практически все электроприводные транспортные средства, включая и известные на сегодня.
|
|
|
Электрокар - А1, Б1, В1, Г1, Д1.
Карьерный самосвал - А4, Б2, В1, Г1, Д1.
Троллейбус - А3, Б1, В1, Г1, Д1.
Трамвай - А3, Б1, В1, Г1, Д2.
Сверхскоростной экспресс - А2, Б4, В5, Г3, Д2.
Конечно же далеко не все из них принципиально целесообразны. Например - А3, Б4, В2, Г4, Д5 и им подобные монстры. Но есть и неожиданные, оригинальные решения.
Анализ сочетаний и отбор наилучших решений.
Как правило, если решается какая-либо частная задача, то решатель ограничивается первым попавшимся удовлетворительным решением, отбрасывая все остальные. Но когда проблема серьезна, то оценка полученных результатов проводится с использованием экспертных оценок.
Защита проекта «Суперизмельчитель»
Приложение 2
ПРЕДМЕТНО - ФУНКЦИОНАЛЬНОЕ ПРОЕКТИРОВАНИЕ СИСТЕМ
Само собой разумеется, что любое из используемых нами устройств является системой и необходимо как средство удовлетворения той или иной потребности. Значит, система -- это средство достижения цели.
С другой стороны, любое из применяемых устройств мы можем использовать и не по прямому назначению: поставить на телевизор часы (телевизор -- подставка для часов), устроившись на автомобильной камере, плавать по водоему (камера - плавсредство) и т.д., то есть практически каждое устройство обладает некоторым резервом. Используется лишь часть его потенциальных возможностей (свойств), та, которая необходима для выполнения функций, обеспечивающих достижение интересующей нас цели. Можно сказать, что система -- это тень цели на среде.
|
|
|
Проиллюстрируем наши рассуждения на примере цилиндрической винтовой пружины сжатия.
Свойства, определяющие ее использование по прямому назначению, - осевая упругость и радиальная стабильность геометрической формы.
Но, кроме этих, функционально необходимых свойств, есть и другие:
- наличие винтовой поверхности (позволяет использовать пружину в качестве шнека для подачи чего-либо, рабочего органа массажера, движителя транспортного средства и т.д.);
- электропроводность, так как обычно подобные пружины навивают из стальной, реже бронзовой проволоки (электрический проводник, электронагревательный элемент, а в сочетании с винтовой нарезкой - катушка индуктивности, электромагнит, предохранитель в системе молниезащиты и т.п.);
- масса (в условиях силы тяжести -- прижим, разновесы и т.п.);
- радиальная стабильность геометрической формы (каркас, опорная поверхность. качения и т.д.)
|
|
|
Попробуйте развить получившийся перечень. Возможно, отдельные варианты, найденные вами, натолкнут на интересные технические решения в самых неожиданных областях.
Назовем совокупность свойств, минимально необходимых и достаточных для выполнения системой своего предназначения, - востребованными, а все остальные (резервные) - невостребованными.
Фактически, в примере с пружиной, нами в предельно упрощенной форме проведено предметно - функциональное исследование такой системы, как цилиндрическая винтовая пружина сжатия (назовем ее исходной системой -ИС) и выданы предложения по возможному использованию ее внутренних резервов.
Посмотрим, как может быть осуществлено подобное исследование при работе с более сложной ИС (хотя бы по количеству входящих в нее компонентов), и попытаемся формализовать складывающуюся при этом последовательность действий.
Возьмем в качестве ИС простейшую шариковую авторучку. Она состоит из корпуса и сменного стержня. В свою очередь, корпус - из трубки с упором и фиксатора (упор может быть выполнен отдельно), а стержень - из трубки стержня с пастой и пишущего узла. Анализ выделенных частей позволяет установить, что свойствами трубки стержня, позволяющими использовать ее для плотного удержания пишущего узла и хранения пасты, в полном объеме обладает трубка корпуса. Более того, использование ее и для хранения пасты при плотном удержании пишущего узла позволит отказаться от упора и фиксатора в корпусе.
Подобные конструкции хорошо известны - разовые шариковые авторучки.
Формализуем ход предыдущих рассуждений, выделим отдельные этапы и установим, что фактически мы проделали на каждом из них.
1. Определить исходную систему через перечень минимально необходимых внешних функций и принцип действия.
Шариковая ручка -- автономное малогабаритное ручное устройство для нанесения шариком пастообразного красителя тонким слоем на шероховатую поверхность (бумагу, ткань и т.п.) при ширине следа до 1 мм.
Приведенное определение (далеко не единственное, да, наверное, и не самое лучшее) содержит указание- на главную полезную функцию ИС, а также некоторые ограничения на допустимые изменения для вновь проектируемых систем аналогичного назначения, то есть задача принимает вид: "нахождение новой системы, по известному принципу действия реализующей известную функцию".
2. Представить ИС как состоящую из подсистем первого, второго... уровней. При этом расчленение следует вести до выхода на подсистемы низших уровней -- элементы - носители моно функций в данной системе отношений, то есть на подсистемы, которые в заданных условиях выполняют лишь одну функцию. Тогда в нашем случае собственно пишущий узел явится элементом. Элементами также будут упор в трубке корпуса, поверхность сопряжения трубки стержня, поверхность сопряжения пишущего узла, фиксатор, собственно трубка корпуса, собственно трубка стержня и паста.
3. Сформулировать функции, реализуемые выделенными элементами, и указать свойства, которые позволяют им выполнять эти функции.
Учитывая ограниченный объем настоящей публикации, лишь упомянем этот этап. Результаты работы на нем целесообразно сводить в таблицу со столбцами "элемент", "функция", "свойство". При этом в качестве свойств следует вводить лишь те, которые не встречаются хотя бы у одного из элементов, а также не носят вспомогательный характер. Так, в число рассматриваемых свойств не попадут цвет окраски конкретного элемента, отсутствие нежелательного воздействия на окружение и им подобные.
4. Составить общий перечень свойств, используемых элементами в ставе ИС, и установить по каждому элементу наличие невостребованных свойств.
В нашем случае перечень будет более чем ограничен: стабильность формы, способность перенести пастообразный краситель из емкости (собственно трубки стержня) на поверхность, способность удерживать пастообразный краситель.
Далее удобно также составить таблицу, но со столбцами "элемент", "востребованные свойства", "невостребованные свойства". Однако мы рассмотрим лишь результат и потому перейдем к следующему, последнему этапу, предварив его небольшим замечанием.
Необходимо исключить появление новых свойств, в ИС не востребованных. Появление их в общем перечне и использование при синтезе решений приведет к предложениям, реализация которых будет предусматривать новые принципы действия системы, а следовательно, потребует новых технологий, что несомненно затруднит внедрение и выход на потребительский рынок.
Фактически, введя новые свойства и использовав их при синтезе новых систем, мы решим не ту задачу, которую изначально поставили.
5. Изучить возможность использования невостребованных свойств выделенными элементами и сформулировать задачи по их конструктивному объединению при выявлении у одного элемента полного набора свойств, необходимых другому элементу (или элементам) для реализации своей функции.
Приведем некоторые из возможных решений.
А. Собственно трубка корпуса обладает стабильностью формы для выполнения своей функции, но в то же время способна удержать пастообразный краситель. Следовательно, она может взять на себя функции трубки стержня.
Б. Собственно пишущий узел обладает способностью переносить пастообразный краситель из емкости на поверхность, но он обладает и стабильностью формы, а стенки его способны удерживать пастообразный краситель. Следовательно, он может быть видоизменен таким образом, чтобы его отдельные элементы (не выделенные на втором и третьем этапах) взяли на себя функции трубки стержня и корпуса.
В. Участок сопряжения пишущего узла, обладая такими же свойствами, как собственно трубка корпуса и собственно трубка стержня (стабильность формы и способность удерживать пастообразный краситель), может быть развит до размеров и форм, позволяющих выполнять функции этих элементов.
Вы можете предложить другие варианты решений и их конструктивное воплощение.
Завершить разбор примера целесообразно следующим замечанием: при конструктивном объединении элементов в качестве сохраняемого выбирают тот из них, который в наибольшей степени связан с внешними функциями исходной системы [3].
Закончить хотелось бы разбором известной специалистам задачи о емкостях для испытания образцов в агрессивных жидкостях [4].
Вспомним суть задачи.
Исследование взаимодействия образцов [1] с агрессивной жидкостью [2] осуществляют погружением испытуемого образца в емкость [3] с этой жидкостью и выдерживают в ней заданное время при определенных воздействиях (см. рисунок), а степень их взаимодействия оценивают по величине уноса материала образца с единицы площади его поверхности. И все было бы хорошо, если бы с этой жидкостью не взаимодействовали стенки емкости и нить подвеса, что приводит к частым заменам емкостей, которые недешевы, а также к чрезмерному расходу крайне дефицитной агрессивной жидкости, так как ее повторное использование проблематично из-за потери "агрессивных" свойств. Делать емкости из платины или золота слишком дорого, да и стойкость емкостей возрастает незначительно. Как быть?
Подобная формулировка подталкивает нас к выделению нежелательного эффекта (емкости разрушаются) и, как следствие, к рабочей формулировке задачи - как исключить разрушение емкостей?
Однако предлагаемый нами подход подразумевает нежелательный эффект в рамках концепции функционально - стоимостного анализа: нежелательным в системе является все то, без чего система может обойтись, сохранив возможность реализации главной полезной функции - обеспечить взаимодействие образца с агрессивной жидкостью.
Построим небольшую таблицу.
| NN п/п | Элемент | Функция | Свойство |
| 1 | Испытуемый образец | Взаимодействовать с агрессивной жидкостью при контакте | 1. Химическая активность к агрессивной жидкости 2. Стабильность формы 3. Непроницаемость для агрессивной жидкости |
| 2 | Агрессивная жидкость | Взаимодействовать с материалом образца при контакте | Химическая активность к материалу образца |
| 3 | Емкость | Удержать агрессивную жидкость около образца | 1. Стабильность формы. 2. Непроницаемость для агрессивной жидкости |
Далее остается установить: обладает ли испытуемый образец таким не востребованным в ИС свойством, как непроницаемость материала для агрессивной жидкости?
Но ведь иначе и быть не может: отсутствие подобного свойства исключает возможность проведения эксперимента в принципе - площадь контакта образца и агрессивной жидкости контролируется только в случае непроницаемости материала образца для агрессивной жидкости.
При положительном ответе выясняется, что совокупность имеющихся свойств, необходимых для реализации функции емкости в рамках ИС, имеется и у объекта обработки -- испытуемого образна. А коль скоро это так, то испытуемый образец вполне может взять на себя функции емкости, которая в этом случае станет просто ненужной.
Таким образом, получено решение, предполагающее изготовление образца в виде полого сосуда. Естественно, потребуется и незначительное уточнение методики обработки результатов испытаний: в исходной системе рассматривается площадь наружной поверхности образца, а в предложенной - внутренняя поверхность полости, соприкасающаяся с агрессивной жидкостью.
Кстати, неплохо было бы подумать о том, куда пристроить работников цеха по ремонту и изготовлению емкостей для проведения исследований…
Дата добавления: 2019-02-12; просмотров: 138; Мы поможем в написании вашей работы! |
Мы поможем в написании ваших работ!