Металлургическое оборудование

Работа добавлена на сайт samzan.net:

МІНІСТЕРСТВО ОСВІТИ І НАУКИ УКРАЇНИ

ДОНБАСЬКИЙ ГІРНИЧО-МЕТАЛУРГІЙНИЙ ІНСТИТУТ

В.Н. Ульяницкий

В.А. Козачишен

Конструирование и автоматизированное
проектирование

Опорный конспект

Для студентов 3 курса специальности
"Металлургическое оборудование" всех форм обучения

Алчевськ, 2003

1.  ОБЩИЕ ПОЛОЖЕНИЯ
   1.  Роль конструкторских и проектных организаций в развитии современного металлургического машиностроения

Когда первобытный человек взял впервые палку и привязал к ней заостренный камень, он сделал первый шаг на пути конструирования. Прошли тысячелетия. С каждым днем, годом все сложнее становились машины и агрегаты, и конца этому нет и никогда не будет. Так как нет конца техническому прогрессу.

Черная металлургия – ведущая отрасль нашей промышленности. Рост производства качественного металла базируется на непрерывном совершенствовании конструкций машин и агрегатов.

Конструирование и изготовление машин для металлургического производства являются одной из главных отраслей тяжелого машиностроения, называемого металлургическим машиностроением. В задачу этой отрасли входит создание технологических комплексов металлургического оборудования на уровне современных требований.

В настоящее время Украина занимает, по выпуску металлургического оборудования, одно из ведущих мест среди стран бывшего СССР.

Еще более сложные задачи стоят перед конструкторами, учеными и машиностроителями Украины в будущем. Среди тех, кому реализовывать эти задачи будут и нынешние студенты специальности 07. 090219.

Как самостоятельная отрасль металлургическое машиностроение образовалось в 1925 г., когда в бывшем СССР была начата эпопея по индустриализации народного хозяйства.

Первые отечественные блюминги были изготовлены на Ижорском (г. Колпино, Россия) заводе в 1933 году для Макеевского и Днепродзержинского металлургических заводов. В 1933 году пущены гиганты черной металлургии "Азовсталь", "Криворожсталь", а в 1934 году вошел в число действующих заводов Ново–краматорский машиностроительный завод (НКМЗ). В это же время введены в строй Магнитогорский металлургический комбинат (ММК), Уральский завод тяжелого машиностроения (УЗТМ).

Во время войны 1941–1945 гг. из Украины были эвакуированы многие крупные предприятия металлургического профиля. Это дало возможность создать на востоке и Средней Азии СССР такие заводы как Алма-Атинский завод тяжелого машиностроения (АЗТМ), Южно-Уральский машиностроительный завод (ЮУМЗ, г. Троицк) и др. После войны открыт Ждановский завод тяжелого машиностроения (ЖЗТМ), ныне АО "Азовмаш" (г. Мариуполь).

В настоящее время в Украине выпуском металлургического оборудования заняты такие предприятия, как НКМЗ, Днепропетровский завод металлургического оборудования (ДЗМО), "Славтяжмаш" (г. Славянск), Дебальцевский завод металлургического оборудования и т.д.

Известно, что в СССР за период с 1932 по 1973 гг. объем продукции металлургического машиностроения возрос в 50 раз.

Большой вклад в развитие металлургического производства и металлургического машиностроения внес Всесоюзный научно-исследовательский институт металлургического машиностроения (ВНИИМЕТМАШ) г. Москва.

1.  Проектирование и конструирование: общность и отличие

Чтобы уяснить это, обратимся к понятию терминов "конструирование" и "проектирование", происходящих от латинских слов.

Конструкция – (лат. Construction) – строение, устройство, взаимное расположение частей машины, сооружения, изделия. Конструкция является одним из основных свойств изделия, позволяющих отличить одно изделие от другого.

Конструировать – строить, сооружать, создавать конструкцию с выполнением проектов и расчетов. Конструирование как мысленное представление будущего объекта занимает центральное место в процессе производства технических изделий. Иногда говорят, что конструирование – это создание конкретных однозначных конструкций, то или иное построение какого-то объекта, составление его частей в определенном порядке. Сущность конструирования – есть поиск желаемой или необходимой конструкции.

Конструктор – лицо, занимающееся конструированием машин, механизмов, сооружений, а также отдельных их частей.

Проект – (лат. Proectis – брошенный вперед) – план, замысел; разрабатывать чертеж завода, микрорайона, города, плотины и т.д.

Проектировать – составлять проект, намечать план, делать предположение.

Проектировщик – лицо, разработчик проекта или его частей.

Проектирование – создание проекта, замысла, предвидения, предугадывания.

Таким образом, понятие "конструирование" не идентично термину "проектирование", хотя часто-густо их употребляют как синонимы. Разработкой проектов занимаются преимущественно специалисты инженеры-технологи с соответствующим образованием и опытом, которых называют еще коротко: проектировщики.

Наполняют проект, предусмотренными проектировщиками машинами и оборудованием, конструкторы. Это преимущественно инженеры-механики, занимающиеся техническим конструированием.

Проектирование металлургических предприятий выполняют проектные институты технологического профиля: Гипромез (г.Днепропетровск), Гипросталь (г.Харьков).

При проектировании завода, цеха выбирают самую современную и уже освоенную машиностроением технику или определяют технологические требования к созданию новых металлургических агрегатов, машин, механизмов. Последние будут создавать (конструировать) инженеры-механики.

Конструирование механического оборудования осуществляют конструкторские институты – организации механико-машиностроительного профиля (НИИМЕТМАШ, НИИПТМАШ, НИИМЕХЧЕРМЕТ, НИИТЯЖМАШ). Существуют смешанные проектно-конструкторские исследовательские институты.

Значительный вклад в конструирование и изготовление новейших металлургических машин вносят коллективы УЗТМ, НКМЗ, ЖЗТМ, ЭЗТМ, ЮУМЗ, Сибтяжмаш, Ижорского ЗТМ, ДЗМО.

Определенную работу по модернизации и совершенствованию конструкций оборудования и ремонтов его выполняют проектно-конструкторские отделы (ПКО) и центральные лаборатории автоматизации и механизации (ЦЛАМы) металлургических предприятий. Ведут такую работу и соответствующие высшие учебные заведения страны.

В технике, технической литературе, среди проектировщиков и конструкторов распространен термин "разработка". Разработка – это комплекс мероприятий, направленных на выпуск изделий промышленности.

1.  Конструкторская деятельность на металлургическом предприятии

В этом вопросе единообразия нет. Однако проектно-конструкторская работа меткомбината сосредоточена в проектно-конструкторском отделе (ПКО); центральной лаборатории автоматизации и механизации (ЦЛАМ); КБ при отделе главного механика; техбюро в цехах комбината.

Основная задача по проектно-конструкторской политике металлургического предприятия лежит на ПКО и заключается в разработке проектов и технической документации по совершенствованию техники и технологии производства, реконструкции и модернизации оборудования, проведению ремонтов основных средств и строительству новых объектов с обеспечением высокой экономической эффективности. Он осуществляет оперативную и техническую связь со всеми структурными подразделениями предприятия и проектными организациями, например, Гипромезом.

Составляет техническое задание на проект реконструкции оборудования, разрабатываемый сторонними проектными организациями. ПКО выполняет и многие другие работы: занимается вопросами доводки новых машин, так как последние поступают от предприятий-изготовителей в единичных экземплярах и не лишены конструктивных недостатков, модернизацией узлов и деталей, реконструкцией действующих машин.

Структура ПКО. Рассмотрим на примере ОАО "Алчевский металлургический комбинат" (см. рис.1.1). ПКО находится в непосредственном подчинении главного инженера.

Значительный вклад в создание и внедрение систем и средств механизации, обеспечивающих сокращение ручного труда вносят ЦЛАМ, созданные на всех предприятиях отрасли. Ежегодно за счет деятельности ЦЛАМ высвобождается для использования на других участках производства сотни человек со значительным экономическим эффектом.

Структура ЦЛАМ ОАО "АМК" представлена на рис. 1.2.

1.  Особенности современного металлургического производства

высокая массовость производства (в сутки металлургический комбинат перерабатывает сотни вагонов сырья и выдает тысячи тонн продукции);

высокая единичная мощность (доменная печь объемом 5500куб.м);

непрерывность работы агрегатов (коэффициент загрузки – коэффициент использования машины - близкие к единице); простои в доменных цехах, связанные с проведением ремонтов, составляют 1% календарного времени;

тесная связь между смежными цехами – продукция и отходы одного производства служат сырьем и топливом для следующего (другого);

высокая степень автоматизации и механизации основных процессов;

тяжелые условия работы (высокие температуры, скорость, динамика, запыленность, загазованность, агрессивность и т.д.).

1.  Общие требования к металлургическому оборудованию

Технологические (технологичность конструкции); эксплуатационные; ремонтно-технические; производственные; эстетические, социальные; экологические; экономические.

Под технологичностью конструкции понимают возможность изготовления ее деталей с минимальными трудовыми затратами при рациональном расходовании материала (сырья).

Под эксплуатационными требованиями понимают постоянство технических показателей в течение длительного времени в условиях нормальной эксплуатации. Часто это надежность.

Надежность – свойство машины (объекта) выполнять заданные функции. Здесь заключен целый объем требований: высокая долговечность, безотказность, безаварийность, выносливость, неприхотливость к уходу, устраняемость повреждений, малый объем ремонтных работ, большие межремонтные сроки.

Под ремонтно-техническими требованиями понимают ремонтопригодность конструкции в процессе эксплуатации: удобство и минимальные затраты при ремонтах.

Под производственными требованиями понимают способность машины или агрегата обеспечить технологический процесс так, чтобы выпускать продукцию высокого качества и в запланированном объеме при небольшом расходе энергии, невысокой стоимости обслуживания и ремонта.

Эстетические требования: машина должна иметь простые и обтекаемые внешние формы (стройную архитектурную форму), привлекательную внешнюю отделку и окраску. Другими словами, машина должна быть внешне красивой. Зависит это, в основном, от художников-конструкторов (дизайнеров), входящих в штат любого КБ.

Социальные требования: это обеспечение безопасных условий труда обслуживающего персонала путем использования блокировок, сигнализации, ограждений, закрытых помещений и др.

Тесно связаны с социальными экологические требования - защиты окружающей среды за счет снижения уровня шума, излучений, уменьшения выделения газов, пыли и т.д. Эти требования особенно остро стоят перед металлургическим производством. Социальные и экологические требования в последнее время приобретают первостепенное значение, поскольку должны снизить не только заболеваемость обслуживающего персонала, но и повысить уровень защиты растительного мира, животных и атмосферы.

Экономические требования – снижение стоимости изготовления машины путем придания конструкции технологичности, унификации и стандартизации и т.д. Поэтому, еще при разработке ТЗ следует обосновать экономическую целесообразность потребности в машине.

Характерными признаками (особенностями) для металлургического оборудования является: оригинальность, индивидуальность, уникальность (например, гидропресс усилием 75 МН, станина рабочей клети обжимного стана), высокая интенсивность эксплуатации в тяжелых условиях, необходимость автоматического управления многими агрегатами.

Производительность современных металлургических предприятий достигает 10 – 12 млн.т. стали в год, производственная площадь 600 – 900 га, численность коллектива 20 – 30 тыс.чел.

1.  Научно-технический прогресс в металлургическом машиностроении

Опыт развития нашей страны показывает, что высокие темпы роста общественного производства в значительной мере стали возможны благодаря созданию мощной базы отечественного машиностроения.

Ускорение научно-технического прогресса, повышение эффективности производства и улучшение качества продукции, ресурсосбережение – основные направления технической политики на ближайшую перспективу развития машиностроительной отрасли Украины.

Для решения этой задачи народному хозяйству необходимы новые высокоэффективные машины, не уступающие лучшим образцам по производительности, надежности, ресурсу работы, экономичности. Сегодня уже недостаточно, чтобы они были на уровне существующих мировых образцов. Новая техника – впервые реализуемые результаты научных исследований или прикладных разработок Необходимо добиваться, чтобы новая техника соответствовала новейшим достижениям мировой научной и инженерной мысли на перспективный период. Осваивать то, что не соответствует этим требованиям, значит на многие годы "запланировать" отставание в производительности труда.

Все вновь создаваемые виды техники по производительности и надежности должна не менее чем в 1,5 – 2 раза превосходить выпускаемую аналогичную продукцию.

Все это в полной мере относится и к металлургическому машиностроению, технический уровень которого в значительной мере влияет на ускорение технического прогресса в различных отраслях народного хозяйства страны.

Уровень прогрессивности создаваемых машин характеризуется снижением удельной металлоемкости, т.е. массы изделий и запасных частей, отнесенных к параметру, характеризующему потребительский эффект машины. Показатель удельной металлоемкости на единицу основной технической характеристики изделий с учетом срока их службы, т.е. на единицу объема выполняемых работ, позволяет соизмерять эффект, достигаемый в результате улучшения технических параметров продукции, с дополнительными затратами материальных ресурсов.

Наряду с удельной металлоемкостью для продукции машиностроения и в особенности для машин единичного изготовления с большим сроком морального и физического износа, главным оценочным показателем должна быть их народнохозяйственная эффективность, определяемая эксплуатационными параметрами оборудования, его надежностью, экономичностью производимой на нем продукции, ее себестоимостью.

В свете современных требований по экономии металлов как при изготовлении металлургического оборудования, так и при его эксплуатации, работы по снижению удельной металлоемкости машин и агрегатов осуществляется по следующим направлениям:

Создание металлургических машин и агрегатов, эксплуатация которых обеспечивает значительную экономию металла в народном хозяйстве, благодаря повышению качества и расширению сортамента выпускаемой продукции.

Создание новых и модернизированных металлургических машин и агрегатов с улучшенными техническими параметрами (производительностью, надежностью), т.е. со сниженной удельной металлоемкостью на единицу технического параметра, наиболее полно характеризующего потребительское назначение машины.

В металлургическом машиностроении получили применение такие нетрадиционные конструктивные решения, как, например, применение предварительно напряженных силовых элементов в конструкциях прессов, прокатных и трубных станов; замена монолитных, наиболее металлоемких кованых или литых элементов конструкций многослойными (например, многослойная рама гидропресса усилием в 736 МН) наборными элементами с необходимыми прочностными свойствами; замена неэкономичных литых конструкций сварными. Например, при применении предварительно напряженных составных сортовых валков расход их снижается вдвое, обеспечивается экономия металла в среднем около 1 т на каждом валке.

Созданы бесстанинные предварительно-напряженные клети прокатных станов, отличающиеся низкой металлоемкостью (в 2-3- раза ниже, чем у существующих) и высокой радиальной и осевой жесткостью (в 4-5 раз выше, чем у существующих). Валки таких клетей устанавливаются на подшипниках жидкостного трения и упорных гидростатических подшипниках высокой нагрузочной способности.

Освоен выпуск новых современных агрегатов, технологических линий и установок большой единичной мощности, в том числе оборудования для непрерывной разливки стали, производства трубных заготовок. Расширяется выпуск деталепрокатных станов для изготовления экономичных заготовок различных деталей машин и оборудования, например, полых вагонных осей.

Благодаря техническому прогрессу в машиностроении наша страна становится крупным экспортером машин и оборудования, в т.ч. и металлургического. Для успешного выпуска продукции на экспорт (а это конкурентоспособность) необходимо соблюдать три непременных условия: высокое качество, современная технология производства, концепция времени (пунктуальность).

В перспективе намечен переход от отдельных, пусть и сложных машин, к созданию технических комплексов, состоящих из технологических, транспортных, энергетических, информационных, вычислительных машин, объединенных автоматическими системами управления. В качестве примера назовем литейно-прокатные агрегаты в металлургии.

С точки зрения научно-технического прогресса наука, особенно техническая, и производство представляют собой единую систему. Исходный пункт этой системы – исследования; промежуточный продукт (полуфабрикат) – научные публикации, опытные образцы и т.п., итогом (конечным продуктом) – новвоведения в производстве, т.е. уже внедренные в практику результаты исследований (изобретения).

1.  Роль конструктора как специалиста и личности в создании металлургических машин

Роль конструктора в создании новых металлургических машин остается ведущей. Академик Целиков А.И. характеризуя проблемы, которые должны решать машиностроители, отмечал: "В решении всех этих проблем ведущая роль, разумеется, за конструктором. Он главный создатель машины. Он выбирает кинематическую схему машины, рабочий процесс – основу создаваемой машины. От каждой линии, проведенной конструктором на чертеже, зависят металлоемкость и другие параметры машины".

Конструирование машин и механизмов длительное время носило характер индивидуального мастерства, основанного на интуиции и сообразительности отдельных умельцев, конструкторов и изобретателей. Процесс конструирования при этом осуществлялся в ходе изготовления машин с уточнением кинематики, формы и размеров деталей "по месту" на основе многократного экспериментального опробования.

В настоящее время созданы основные принципы, положения и правила, которыми руководствуется конструктор при создании машин. Современные конструкции машин теперь являются результатом не только конструкторов. Они работают в контакте со специалистами других областей: системотехники, инженерной психологии, научно-технического прогнозирования, эргономики, технической эстетики и т.д. … Как и всякое творческое призвание, профессия конструктора-механика, создателя машин, требует ярких способностей, фундаментальной подготовки, полной самоотдачи …

Конструктор должен хорошо знать отрасль промышленности, для которой проектирует машину, ее специфику, условия эксплуатации машины. Лучшие конструкторы – это те, которые прошли школу производства и сочетают конструкторские способности со знанием условий эксплуатации объектов проектирования.

Как правило, проектированию машин, предназначенных для данной отрасли промышленности, должно предшествовать тщательное изучение этой отрасли, динамики ее количественного и качественного развития, потребностей в данной категории машин и вероятности появления новых технологических процессов и методов производства. В основе конструкторского труда лежит техническое творчество. Профессия конструктора возникла в XIX веке как результат разделения труда, что подготовило бурное развитие науки и техники в XVIII веке. Роль конструктора приобрела целенаправленность, основанную на исследовании принципов построения машин и использовании чертежей.

"Много разных профессий есть на свете. Одна из них - конструктор. Мне эта работа кажется самой интересной и перспективной. Какую вещь ни взять – к каждой приложил руки конструктор. Человечество должно быть им благодарно…

Без конструктора мы не только не смогли бы полететь в космос, но даже оторваться от земли. Эта профессия – одна из древнейших, но у нее большое будущее. Пройдет немного лет, и полет на Луну, Венеру или Марс станет таким простым, как сейчас поездка в соседний город.

Одно изобретение сменяет другое, а конструкторы вновь и вновь возвращаются к чертежам, на которых уже вырисовываются контуры новых машин" (Василий Казаринов. Преодоление "Студенческий меридиан", № 9, 1986 с.13).

История развития техники хранит для новых поколений имена выдающихся конструкторов от Леонардо да Винчи, Архимеда и до Джейма Уатта, братьев Черепановых, Туполева А.Н., Королева С.П… К сожалению, конструкторы металлургических машин не столь известны, однако они внесли неоценимый вклад в развитие научно-технического прогресса во всем мире.

1.  Особенности деятельности профессионального конструктора

Зададимся вопросом: является ли конструктором изобретатель и рационализатор. Да, конструирование характерно для изобретательской и рационализаторской деятельности. Практическое различие между изобретательством, конструированием и рационализацией следует искать в характере целей, преследуемых каждым из видов деятельности.

Изобретательство направлено на решение технической проблемы, задачи в целом. Конструирование – на создание конструкции. Рационализация – на улучшение использования техники.

Таким образом, изобретательство интересует в первую очередь конечный эффект, функция. Конструирование – устройство, выполняющее функцию. А рационализацию – улучшение использования уже существующего устройства или его функции.

Есть и другое психологическое различие.

Изобретатели и рационализаторы, в какой-то мере, стихийные профессионалы, поскольку изобретательские и рационализаторские задачи ставят перед собой сами.

Конструкторы же получают задачу (техническое задание ТЗ) извне. Они являются организованными профессионалами с определенной регламентацией и иерархическим распределением роли каждого конструктора.

Вывод таков, что изобретатели и рационализаторы не являются конструкторами в профессиональном смысле этого понятия.

Конструкторская деятельность весьма обширна и разнообразна. Однако, условно, можно всех конструкторов разделить на два класса (в зависимости от конкретной специализации):

1. узкоспециализированные – конструкторы, специализирующиеся в одной, строго определенной области, например, все время разрабатывающие конструкцию крыла самолета или ходовую часть автомобиля, здесь конструктор идет путем аналитических поисков, вносит в конструкцию незначительные изменения.

2. другое дело конструктор "широкого" профиля, работающий над постоянно сменяющими друг друга (единичными или мелкосерийными) устройствами: переход от одного задания к другому связан с необходимостью изменять всю систему деятельности, искать новые средства решения задач.

Характеристики, определяющие деятельность конструктора:

первая: конкретная специализация, характер выполняемой работы;

вторая: масштабность выполняемой работы, в одних случаях производится разработка мелких элементов частей, в других – на протяжении длительного времени проектируется крупная машина, система (ракета, корабль, тепловоз).

Конечно же один конструктор не разрабатывает сложные системы. На практике существует разделение труда. Поэтому конструкторы делятся на генеральных, главных, ведущих, старших и конструкторов-исполнителей.

Генеральный, главный, ведущий – разрабатывают систему в целом, ее основные блоки, старшие - подсистемы, остальные конструкторы – мелкие элементы, отдельные детали.

Третья: фактор времени, оказывает едва ли не решающее влияние на качественные и количественные показатели конструирования. Лимит времени – важный фактор.

Четвертая: комплекс требований к продукту конструкторской деятельности – устройствам, машинам, приборам.

В технической деятельности конструирование можно разделить на два основных автономных этапа:

Оформление конструкции в чертежах и документации;

Материальное изготовление конструкции (изготовление деталей, узлов, их сборка в соответствии с документацией).

В практике конструированием принято считать 1-й этап. А ведь можно сказать, что существует третий этап – самый первый, в голове у конструктора, и только потом он переносит на бумагу свой замысел.

Конструкторы-дизайнеры (от английского disein – замысел, композиция) занимаются художественным конструированием. Последнее отличается от технического конструирования, но им присуще принципиальное тождество – они направлены на создание структур с определенными функциями, только в художественном конструировании особую роль играет фактор эстетичности изделия.

1.  Уровень конструкторской деятельности

Уровень конструкторской деятельности оценивают степенью новизны разработки.

Наивысший уровень – оригинальное конструирование, когда разрабатываются конструкции, основанные на новых принципах работы машин, например, самолет с реактивным двигателем, МНЛЗ, ножницы с "катящимся" резом;

Конструктивное усовершенствование – создаются машины, принцип работы которых известен, но конструктор добивается новых качественных или количественных характеристик (например, ДП объемом 5500 м³, ножницы обжимного цеха усилием 20 МН) и др.;

Разработка в принципе известных машин, приспособленных к определенным условиям эксплуатации (например, автомобиль для районов крайнего севера и тот же автомобиль для африканского континента);

Создание гаммы известных машин, отличающихся лишь отдельными параметрами (например, автомобиль "Жигули" с карбюраторным 4-х цилиндровым двигателем, но разной степенью сжатия – объемом камеры сгорания, а значит и мощностью 69 л.с. (ДВС 11-й модели) и 78 л.с. (6-й модели) "Жигулей";

Конструирование деталей или сборочных единиц с целью согласования их с условиями конкретного производства и стандартами. Это самый низкий уровень творческой деятельности конструктора.

Следует отметить, что все уровни важны в практике промышленного производства.

1.  Определение трудоемкости конструкторских разработок

Важным фактором управления конструкторскими разработками является определение трудоемкости этих разработок. Трудоемкость лежит в основе нормирования конструкторского труда и оценки объема выполненной работы. Правильное определение трудоемкости проектно-конструкторских работ позволяет: определить затраты времени на разработку и устанавливать реальные сроки ее выполнения; планировать контингент исполнителей и подбирать их по квалификации; планировать реальную загрузку отдельных исполнителей путем составления плана работы для них; оценивать объем выполненной работы отдельным конструктором и коллективом конструкторского подразделения; планировать показатели хозяйственного расчета конструкторского подразделения; разрабатывать и внедрять мероприятия по повышению производительности труда конструкторов.

Нормирование конструкторского труда устанавливает объем конструкторской документации, который должен быть выполнен в единицу времени, или устанавливает время, необходимое для выполнения определенного объема конструкторской документации. Трудоемкость, лежащая в основе нормирования конструкторского труда, зависит от особенностей разрабатываемого изделия и особенностей конструкторской документации, отражающей их на (рис. ). В настоящее время отсутствует единая методика нормирования конструкторских разработок. Это вызвано творческим характером конструкторского труда и трудностью оценки творческих усилий специалистов разных отраслей техники, хотя деловую квалификацию исполнителей установить удается. Основные направления оценки трудоемкости конструкторских разработок таковы:

Экспертный способ оценки трудоемкости, когда специалистами устанавливается круг вопросов и длительность разработки в административном порядке;

Опытно-статистический метод оценки трудоемкости, основанный на сравнении трудоемкости разработки с ранее выполненными аналогичными разработками с применением переводных поправочных коэффициентов;

Аналитический расчетный метод.

Очень трудно определить степень отдачи отдельных конструкторов при разработке новых изделий. Это связано с трудностью оценки творческого вклада конструктора, который колеблется в зависимости от психического и физиологического состояния человека в разные периоды его жизни, в частности в период разработки конструкции. Обычно творческие подъемы сменяются спадами, зависящими от побочных причин. Важное значение имеют также качества и особенности личности конструктора, обусловленные врожденными задатками. Работая одинаково творчески, разные конструкторы выполняют разный объем документации, т.е. один конструктор работает быстрее другого. Установление всем разработчикам одинаковой нормы выработки не является эффективным методом организации конструкторских разработок. Если заставить конструктора работать быстрее, чем ему свойственно, это повлечет за собой появление ошибок и снижение качества разработанной документации. Разница в объеме выполненной документации исполнителями должна отражаться в материальном и моральном стимулировании труда. Труд конструктора требует признания и вознаграждения.

Одним из вопросов определения трудоемкости конструкторских разработок является установление объема личного трудового вклада конструктора в разработку. Это помогает планировать число исполнителей, необходимых для выполнения конструкторских разработок в установленный срок. Проблема облегчается, если личный творческий вклад конструктора необходимо оценить в конце разработки. Тогда выполненная работа сама определяет творческий вклад и объем графических и расчетных работ.

Практически, разработка не является, как правило, результатом работы одного человека. В современных разработках участвуют группы исполнителей или целые коллективы. И, естественно, доля творческого вклада каждого исполнителя в разработке не является одинаковой. Она зависит от личных деловых качеств специалиста и вложенного им труда в разработку. Практика оценки конструкторского труда рассматривает не личный вклад каждого конструктора в конкретную разработку, а его средние показатели за период рассматриваемого времени. Оценка труда должна включать объективные данные, четкие качественные показатели. Практически оценка работы конструктора его руководителем является более или менее субъективной.

Оценка трудового вклада конструктора может быть установлена экспертной группой по нескольким критериям (признакам).

Признаки, характеризующие специалистов, делятся на:

1.  Признаки деловых качеств специалистов.
2.  Признаки оценки результатов труда.
3.  Признаки, характеризующие степень сложности производственных функций.

1.  Организация рабочего места конструктора металлургического оборудования

Рабочее место – участок производственной площади, оборудованной в соответствии с выполняемой на нем работой.

Для увеличения деловой отдачи конструкторов их рабочие места организуют и оснащают в соответствии с характером трудовых функций. Для различных категорий конструкторов эти функции не являются одинаковыми, хотя в процессе выполнения проекта они настолько взаимосвязаны, что, в конце концов, сливаются в единую коллективную деятельность по созданию конструкторской документации, составляющей в целом законченный проект разрабатываемой машины.

В ходе работы над проектом такая взаимосвязь требует надежного рабочего контакта между конструкторами и их группами, объединенных организационно-техническими принципами построения конструкторского коллектива.

Исходя из этого, рабочие места конструктора обычно размещаются в одном или нескольких соседних залах в порядке, обеспечивающем их нормальную компановку и оптимальное использование рабочей площади залов.

Типовое рабочее место конструктора обычно оснащают и приспосабливают применительно к

1.  разработке конструкторских чертежей и связанных с этим вспомогательных работ;
2.  по изучению информационных материалов (чертежей, технической литературы и т.п.);
3.  к разработке текстовой конструкторской документации (расчеты, программные документы по испытанию машин, паспорта машин, технические условия, спецификация и др.).

В соответствии с этим рабочее место конструктора компануется, как правило, из чертежного и письменного столов, расположенных перпендикулярно друг к другу.

Чертежные столы представляют собой массивные металлические станки с прикрепленными к ним чертежными досками, на которых установлены приборы с линейками. Такое устройство чертежного стола придает ему чрезвычайную устойчивость и позволяет устанавливать доску с приколотым к ней чертежом на различную высоту от пола и с различным наклоном, что позволяет конструктору работать с чертежом в наиболее удобном положении стоя или сидя. Выбранное положение доски надежно фиксируется с помощью специального устройства при нажатии ногой на педаль у основания станка.

Прибор с линейками, закрепленный на чертежной доске, позволяет конструктору перемещать линейки по всему полю доски (чертежа) в таком положении, при котором они всегда остаются параллельными первоначально выбранному положению, установленному и фиксируемому конструктором с помощью поворотной головки. Такие приборы бывают 2-х систем: пантографной и координатной.

Каждая система имеет конструктивные особенности, учет которых при оснащении рабочих мест конструкторов и при размещении их в конструкторских залах являются немаловажным делом.

Первая – шарнирно соединенные рычаги, образующие пантографный механизм, который крепится на шарнирах к стойке 1, привинченной к доске. Кинематическая структура механизма 3 обеспечивает неизменное вертикальное положение линии, соединяющей центры отверстий А и В при любом перемещении рычагов механизма, которое допускается конструкцией. При помощи винтов в отверстиях А и В к механизму крепится поворотная головка 4 с двумя чертежными линейками, перпендикулярно друг к другу. Линейки вместе с поворотной головкой могут быть по желанию повернуты под соответствующим углом к линии АВ. В какую бы область чертежной доски конструктор не перемещал головку с линейками, их положение будет параллельно исходному. Этим обеспечивается параллельность наносимых линий. Устойчивое безразличное равновесие пантографа и головки с линейками в любой области доски обеспечивается противовесом 2.

Чертежный прибор второго типа имеет привинченный к чертежной доске горизонтальный рельс 1, по которому на рамках перемещается горизонтальная каретка 3 с жестко закрепленным на ней вертикальным рельсом 4. Свободный конец вертикального рельса вместе с горизонтальной кареткой опирается вмонтированным в его окончание роликом на нижний край доски. Вдоль  вертикального рельса перемещается вертикальная каретка 5 с закрепленной на ней поворотной головкой, несущей чертежные линейки. Такая конструкция обеспечивает перемещение поворотной головки с линейками в любую область доски – по горизонтали ( за счет горизонтальной каретки) и по вертикали ( за счет вертикальной каретки). Линейки при этом сохраняют свою ориентацию по отношению к доске, что обеспечивает параллельность наносимых на чертеж линий. Во избежание самопроизвольного соскальзывания вертикальной каретки и головки вниз по внутренней полости вертикального рельса установлен противовес (иногда пружинный механизм), соединенный с кареткой тросиком (или капроновой нитью) через блок 2. Поворотная головка с линейками при работе перемещается конструктором левой рукой. В правой – карандаш. На головке есть кронштейн с линейками и градуированный лимб для отсчета угла поворота. Поворот головки с линейками фиксируется автоматически через каждые 15 градусов с помощью самозаклинивающейся защелки и делительного диска. Защелка размыкается с делительным диском при нажатии собачки. Разомкнутое положение защелки можно зафиксировать специальной деталью (флажком).

Рисунок 1.1 – Чертежный прибор координатной системы

Такие приборы очень облегчают труд конструктора. Примерно экономится 30% времени по сравнению с вычерчиванием того же чертежа на доске с помощью рейсшины и угольника. Эти приборы обладают различными особенностями, определяющими рациональное использование.

У приборов пантографной системы перемещение головки с линейками ограничено в горизонтальном направлении, что не позволяет ставить их на очень длинные доски и затрудняет разработку на них общих видов машин с большой длиной (например, сборочные конвейеры с разным оборудованием, некоторые виды автоматических и технологических линий, планы заводов и т.д.). Нужно часто откалывать чертежи, перемещать и снова крепить. Лучше использовать приборы координатных систем, но они громоздки, занимают много места. Следовательно, нужно подходить раздельно к расстановке конструкторов за такие приборы, исходя из характерных размеров чертежей.

Рисунок 1.2 – Чертежный прибор координатной системы

Рисунок 1.3 – Рабочее место конструктора

Пока такие чертежные столы (кульманы) – основное оборудование. Но уже сейчас ведутся работы по созданию оборудования для механизации и автоматизации чертежно-оформительских работ. Автоматизация проектирования является сложным процессом. По существу это переход на новую технологию проектирования. Сегодня на вооружении многих крупных конструкторских бюро находятся разнообразные ЭВМ, значительно облегчающие решение сложных конструкторских задач. Это заметно сказывается на характере деятельности конструктора и требует от него не только знания возможностей вычислительной техники, но непосредственного участия в построении различных математических моделей, программ для ЭВМ и других, связанных с этим, работах.

За последние годы построен ряд систем, в которых основными средствами обмена информации между ЭВМ и ее пользователем наряду с печатающими устройствами и телетайпами, выдающими результаты в алфавитно-цифровом виде, служат графические визуальные устройства (дисплеи). Появилась возможность получать результаты и в графическом виде. Создаются машины, которые могут читать чертежи, обобщать полученные данные и делать на этом основании необходимые для конструктора выводы.

Следует заметить, что пока положительные результаты, получаемые при внедрении ЭВМ в практику конструкторских работ, распространяются только на нетворческую часть этих работ, именуемую в теории творческого мышления (эвристиж) "рутинной".

ЭВМ сегодняшнего поколения хорошо справляются с задачами в области конструирования редукторов, турбин и др. машин. После введения ЭВМ соответствующих заданий они сравнивают и анализируют несколько вариантов технических решений, детально рассчитывают вариант, которому отдано предпочтение, определяют его конструктивные параметры и автоматически выдают всю необходимую документацию. Для успешной работы ЭВМ необходимо иметь уже готовое техническое решение.

Если же известные технические решения не удовлетворяют требованиям задания и для его выполнения требуется новая конструктивная схема, то она становится в тупик.

Создание ЭВМ, способных синтезировать новые прогрессивные технические решения, на сегодня является проблемой, решение которой по прогнозам специалистов предполагается уже в XXI веке.

Следует также отметить, что конструкторское бюро все в большей степени оснащаются современными копировально-множительными машинами, позволяющими делать многочисленные копии чертежей непосредственно с карандашного оригинала, изменяя при желании масштаб чертежа согласно требований стандарта и переводить карандашный оригинал на прозрачную кальку для последующего размножения фотохимическим методом.

1.  Причины ошибок конструкторов

Согласно [8] основными причинами ошибок конструктора являются:

•  Недостаточность результатов по проведенным экспериментальным работам;
•  Отсутствие должного внимания к вопросам эксплуатации и обслуживания изделия;
•  Непродуманная разбивка всего изделия на отдельные составляющие сборочные единицы;
•  Простановка на чертежах размеров, не соответствующих действительным;
•  Использование покупных изделий не по назначению;
•  Отсутствие должного внимания к вопросам стандартизации, типизации и унификации в изделии (сборочных единиц и отдельных деталей);
•  Ошибки, связанные с литературными источниками; существует порядок: прежде чем пользоваться книгой, особенно новой, следует просмотреть список всех опечаток. В противном случае можно воспользоваться ошибочной цифрой или формулой; использование устаревших справочников также ведет к применению неточных данных;
•  Отсутствие последовательности в работе (неритмичность) приводит к тому, что на какой-то стадии обнаруживается недостаточность разработки – нет соединительных деталей, не предусмотрены места для установки электроаппаратуры или других устройств; при систематической, последовательной работе таких ошибок обычно не бывает;
•  К тяжелым последствиям ведет использование в порядке унификации деталей и сборочных единиц, не предназначенных для работы в режиме и при параметрах проектируемого изделия.

Современный технический проект, воплотивший новейшие научные и конструкторские идеи, это не только комплект документации, насчитывающий тысячи чертежей, расчетов и технологических регламентов. В нем осуществлены крупные финансовые и материальные ресурсы. И напоминает он план ведения военных действий, где все должно быть хорошо рассчитано и предусмотрено. Иначе неизбежны огромные экономические потери. Ведь стоимость некоторых объектов, например МНЛЗ, комплекса конвертера, исчисляется миллионами гривен. Например, стоимость новой современной доменной печи составляет около 60 млн.грн.

Даже небольшая ошибка или просчет оборачиваются значительными потерями. Например, ликвидация ошибок средней сложности на стадии подготовки технической документации обходится в 5 грн., если она выявлена в цехах опытного производства, ее цена – 100 грн. А при запуске серии – потери достигают десятков тысяч гривен. Если ошибка выявлена после выпуска готовой продукции, народное хозяйство уже понесет потери, исчисляемые млн.грн. Поэтому, ошибки нужно исправлять на начальной стадии разработки.

1.  Специализация конструкторских организаций

Новые изделия разрабатываются в конструкторских организациях и подразделениях.

Конструкторские организации и подразделения классифицируются по двум главным признакам: подчиненности и специализации.

По подчиненности конструкторские организации делятся на организации республиканского и местного подчинения. Республиканские организации находятся в подчинении республиканских министерств, ведомств, управлений. К конструкторским организациям местного подчинения относятся организации, находящиеся в ведении горисполкома, и подразделения промышленных предприятий.

Основная классификация конструкторских организаций осуществляется по специализации.

Определенные этапы разработки новой техники производятся в разных проектно-конструкторских организациях, что и определяет место этих организаций в подготовке производства.

1.  Головной проектный институт (ГИПРО) производит выбор основных направлений и разработку перспективных планов комплексных разработок, а также выполняет разработку рабочих проектов и частей проектов.
2.  Научно-исследовательский институт (НИИ) создает изделия принципиально новой конструкции на базе специальных теоретико-экспериментальных исследований. Разработки доводятся до изготовления опытного образца.
3.  Научно-исследовательский и проектно-технологический институт (НИПТИ) создает принципиально новые технологические процессы и осуществляют модернизацию существующих. Производит опытные проверки технологических процессов и изготовление необходимой оснастки.
4.  Специальное конструкторское бюро (СКБ), особое конструкторское бюро (ОКБ), центральное конструкторское бюро (ЦКБ) осуществляют создание новых изделий на базе имеющихся теоретико-экспериментальных исследований и модернизацию существующих: разрабатывают автоматические линии, типовые проекты модернизации.
5.  Исследовательские проблемные лаборатории и КБ втузов работают над созданием принципиально новой техники и модернизацией существующей, решают вопросы по увеличению надежности.
6.  Проектно-конструкторские подразделения промышленных предприятий осуществляют создание и модернизацию выпускаемых изделий, создание и модернизацию техники, работающей на предприятии, производят оснащение производства новыми видами нестандартизированного оборудования, приспособлениями, инструментом.

Проектно-конструкторские организации специализируются на разработке ограниченного числа типов и номенклатуры технических средств и систем. В зависимости от типа сложности изделия различают предметную, подетальную, технологическую специализацию проектно-конструкторских организаций.

Предметная (комплексная) специализация направлена на разработку определенного типа продукции, где номенклатура разрабатываемой продукции максимально сокращена. Например, СКБ станкостроительное по разработке токарных автоматов специализируется на выпуске данной продукции. Организация выполняет весь объем (комплекс) работ по выполнению документации данного изделия (группы изделий). Проектные организации выполняют комплексные проекты, с начала до конца.

При подетальной специализации разрабатываемая конструкция расчленяется на ряд составляющих ее узлов, агрегатов, систем, деталей. Разработчик закрепляется за отдельными элементами и выполняет на них всю конструкторскую документацию. Это наиболее экономически выгодная форма специализации.

При технологической или отраслевой специализации разделение труда производится по характеру выполняемой изделием функции или технологическому признаку. Технологическая специализация является основным признаком отрасли.

1.  Роль новейшей информации при конструировании

Невозможно представить себе работу конструктора без информационной "подпитки" его, пусть даже огромного, профессионального багажа знаний и умений. В новых разработках роль и важность технической информации огромна. Разработчик нового (реконструируемого) изделия творчески перерабатывает (анализирует) имеющиеся в его арсенале или заимствованные из технической литературы информацию, технические решения, приспосабливая их к конкретным условиям.

Разрабатываемое изделие содержит множество технических решений, которые образуют структуру его узлов, механизмов, деталей или их элементов. Часть этих узлов имеет общеизвестные устройства и типоразмеры, которые отражены в соответствующих стандартах, типовых проектах, альбомах конструкций и др.

Общеизвестность технических решений заключается в том, что они используются в практической работе проектировщика (конструктора). Во многом этому способствуют информационные источники – учебники, справочники конструктора, широко распространяющие ее на всех уровнях разработки.

Малоизвестные технические решения – это такие, о которых информация известна узкому кругу специалистов и относят ее к специфическим изделиям (например, в области военной техники). Малоизвестность технической информации может носить субъективный характер, когда у разработчиков отсутствует профессиональная привычка изучать информацию.

Источники научно-технической информации: техническая литература, включающая учебники, тематические издания, сборники, издания по распространению передового научно-технического и производственного опыта, обзоры, реферативные журналы, экспресс-информация, бюллетени (описания изобретений, технико-экономической информации, регистрации НИР), библиографические издания, картотеки, отчеты, информационные листки, тезисы докладов, рекомендации, каталоги и проспекты, графические материалы, образцы, кино- и видеоматериалы, дискеты, экспонаты выставок и т.д.

Патентная информация. Ей отводится важнейшее место в структуре общей информации. Патентная информация обладает рядом свойств, которые характеризуют ее как потенциальный источник научно-технического прогресса. Она опережает любые другие источники информации. Патентная информация - совокупность сведений о результатах научно-технической деятельности, содержащихся в описании, прилагаемых к заявкам на изобретения или к охранным документам (авторским свидетельствам и патентам). Патентная информация – самая новейшая. Это практика будущей техники. Она очень высоко ценится.

Помнится, как в одной из популярных передач "Что? Где? Когда?" знатоки мучительно искали ответ на вопрос телезрителя: "За какое изобретение в Японии платят минимальное вознаграждение?". Логично, что за бесполезное. Стимулирование даже бесполезного изобретения создает необходимую творческую атмосферу, заставляет работника думать не только на рабочем месте, но и вне его. И тут уместен известный афоризм А. Эйнштейна о том, как делаются изобретения: "Все знают, что это невозможно. Но находится один невежда, который этого не знает. Он-то и делает изобретения".

Основной составной частью патентной информации является патентная документация.

Приведем некоторые основные понятия из патентной информации:

Открытие – установление неизвестных ранее (до сих пор) объективно существующих закономерностей, свойств и явлений материального мира.

Изобретение – новое, обладающее существенными отличиями техническое решение задачи.

Патент – (от лат. Patens – открытый, явный) это документ оставляет исключительное право за автором, без согласия (лицензии) которого его изобретение не может быть никем использовано. Патент – это юридический документ, выданный правительством изобретателю на право исключительного пользования сделанным изобретением.

Лицензия – (лат. Согласие) представление за определенное вознаграждение прав на использование изобретений и других научно-технических достижений.

Патентование изобретения дает определенную выгоду и автору изобретения, и организации – заявителю. Но есть случаи, когда патентовать изобретение нецелесообразно.

Использование изобретения на основе принципа "ноу-хау" (know-how – "знаю как") способствует сохранению производственных секретов, которые трудно и даже, иногда, невозможно уберечь при патентовании. Принцип "ноу-хау" умаляет роль патента как носителя всей новейшей информации. Пример, концентрат "кока-колы".

О новых изобретениях, заявках на изобретения выпускается сигнальная информация: реферативные журналы, указатели и т.д.

Патентный формуляр – это текстовый документ, в котором сконцентрирована информация о патентной чистоте и патентоспособности разрабатываемого изделия, т.е. о созданных и использованных при разработке объекта отечественных изобретениях. Имеется нормативный документ (ГОСТ 2.110-68), который регламентирует правила составления патентных формуляров, предназначенных для оценки патентоспособности, патентной чистоты изделий, предназначенных к самостоятельной поставке потребителю. Патентная чистота – это понятие неразрывно связанное с сущностью патентной системы.

Патентной чистотой – называют конструкцию (машину), не содержащую элементов, запатентованных в стране, где она может быть продана (реализована).

Патентоспособность – есть свойство технического предложения (технического решения), закладываемого в конструкцию машины, без которого это предложение (решение) не может быть признано изобретением в одной или нескольких странах на основании действующих законов.

Патентный формуляр составляют организации, разработавшие машину, на основе экспертного заключения о проверке патентной чистоты объекта.

Он должен соответствовать техническому состоянию объекта на всех этапах его разработки, изготовления или использования и должен уточняться при внесении изменений в объект или при его усовершенствовании.

На проектных стадиях патентный формуляр составляют только в случае, если документацию на одной из этих стадий передают другой организации или предприятию для завершения разработки рабочей документации.

В остальных случаях составляют только экспертное заключение о проверке патентной чистоты объекта.

1.  Фактор эргономики при конструировании машин

Создание машин высокого качества является сложной и многоплановой задачей, решение которой связано не только с улучшением технико-экономических показателей, но и с повышением эргономических и эстетических свойств новых изделий.

Эргономика изучает функциональные возможности человека в трудовом процессе для обеспечения не только высокой производительности и безопасности труда, но и необходимых условий для сохранения здоровья и удобства в работе. Эргономика опирается на ряд технических, математических и антропологических наук. Предметом изучения эргономики является комплекс "человек – машина – среда" как единое функциональное целое. Методы и средства эргономики позволяют произвести "подгонку" техники к возможностям человека – оператора.

Установлены следующие эргономические показатели:

•  Гигиенические – соответствие машины и рабочей среды требованиям санитарии и гигиены. Это уровень освещенности, температура, давление, влажность, степень запыленности, токсичность, уровни шума, вибрации и т.п.
•  Антропометрические, характеризующие соответствие машины и ее элементов форме и размерам человеческого тела и его частей. Они призваны учитывать рациональную и удобную рабочую позу, правильную осанку, соответствие расположения и размеров органов управления машиной (рукояток, кнопок, рычагов, переключателей и др.) размерам рук человека-оператора.
•  Физиологические, которые характеризуют соответствие машины силовым, двигательным и другим физиологическим возможностям человека-оператора. Это – усилия на рычагах и педалях, масса переносных элементов машины.
•  Психофизиологические, характеризующие соответствие машины особенностям органов чувств человека-оператора. Это цвет и яркость световых сигналов, сила и тембр звуковых сигналов и т.п.
•  Психологические – характеризуют соответствие машины психологическим особенностям и возможностям человека-оператора. Это частота и число операций или рабочих движений, выполняемых при работе на машине, соответствие этих движений естественным и ранее закрепленным навыкам оператора, число и расположение контрольных и сигнальных приборов, за которыми должен следить оператор во время работы.

Большинство эргономических свойств оценивается показателями, выраженными в баллах (за исключением гигиенических).

Учет "человеческого фактора" при конструировании машин выражается не только в их приспособлении к возможностям человека, но и в повышении эстетического уровня проектируемой техники. Большое значение в повышении эстетического уровня машин имеет художественное проектирование. Оно включает комплексную разработку эстетически совершенных машин с учетом многообразных связей машины со средой и человеком. Поэтому оптимальные параметры, компоновка функциональных узлов и внешний облик машины рождаются только присовместном творчестве конструктора и художника, которое невозможно, если конструктору неизвестны хотя бы основные принципы и методы художественного конструирования, а художнику – основы проектирования машин.

Эстетические качества формируются с первых стадий проектирования, и красота машины не может быть создана за счет каких-то дополнительных элементов, вводимых специально для красоты. Она определяется целесообразностью машины, рациональностью и соответствием формы машины функциональному назначению и эстетическим требованиям.

Таким образом, машина считается красивой, если ее содержание и форма выступают в органическом единстве. Красивыми выглядят аэродинамические формы современных воздушных лайнеров.

Существенное влияние на эстетическое представление о той или иной машине имеет цветовое оформление. Использование в художественном конструировании машин различных оттенков одного цвета, а, подчас, и контрастных цветов, подчеркивает как назначение машины в целом, так и ее наиболее важных узлов и деталей. Работы в области инженерной психологии показывают, что правильно выбранное сочетание красок для наружной и внутренней окраски машин не только повышает их эстетическое восприятие, но и способствует повышению работоспособности операторов, снижает их утомляемость, а, следовательно, положительно влияет на производительность труда.

1.  Общие принципы конструирования машин металлургического производства
   1.  Понятие о сущности и назначении механизма

Рассмотрим трактовку вопроса по источнику **, в котором, на наш взгляд, лаконично и полно дана формулировка основных понятий "механизма" с точки зрения теории механизмов.

Выясним сущность механизма на примере двигателя внутреннего сгорания (рис. 2.1.). Поршень 1 под действием сил давления газа, перемещаясь вниз вдоль цилиндра корпуса 4, воздействует на шатун 2, который, в свою очередь поворачивает коленчатый вал 3, вращающийся в опорах корпуса. Можно заметить, что двигатель состоит из четырех твердых тел: поршня 1, шатуна 2, коленчатого вала 3 и корпуса 4. Некоторые из этих твердых тел (поршень, шатун и корпус), в свою очередь, сотоят из нескольких деталей, но эти детали жестко соединены между собой, так что между этими деталями движение отсутствует. Например, поршень, состоящий из нескольких деталей, представляет собой одно твердое тело.

Рисунок 2.1.- Конструктивная схема двигателя внутреннего сгорания.

В процессе работы двигателя изменяется взаимное расположение указанных твердых тел. Это происходит потому, что твердые тела соединяются подвижно. Так, коленчатый вал вращается в опорах корпуса. Если рассматривать изолированно шатун и коленчатый вал, а также шатун и поршень, то шатун может вращаться вокруг оси шатунной шейки и вокруг оси пальца поршня. Все эти подвижные соединения благодаря особой их конструкции в процессе работы двигателя не нарушаются.

Отмеченные два признака – наличие твердых тел и подвижность их соединения можно обнаружить и на других механизмах, имеющих конкретное применение, например, в строгательных станках, часах, редукторах, ножницах, правильных машинах, рольгангах и т.п. Это позволяет дать следующее определение: механизм есть совокупность подвижно соединенных твердых тел.

Механизмы используются для осуществления механизации различных производственных процессов, состоящих или из одной главной операции, или из нескольких операций, одна из которых является главной. В зависимости от характера этих процессов механизмы делятся на пять групп: двигатели, машины, механические приборы, вспомогательные и передаточные механизмы.

Двигатель есть механизм, преобразующий различного рода энергию в механическую работу.

Очевидно, двигатель осуществляет механизацию процесса, представляющего собой преобразование энергий. В качестве примера можно привести гидравлические, паровые и газовые турбины, поршневые двигатели, электродвигатели.

Машиной называется механизм, предназначенный для механизации хотя бы главной операции человеческого как физического, так и умственного труда. Механизмы машин могут приводиться в движение вручную или двигателем. В качестве примера можно привести швейную машину, станки для обработки материалов, различные машины легкой индустрии, сельскохозяйственные, транспортные, различного вида вычислительные машины и т.п.

В некоторых случаях при механизации человеческого труда главная операция механизируется не полностью. В этом случае механизм не является машиной и называется механическим приспособлением. Поясним это на целом ряде примеров. Так, токарный станок превратился в машину лишь после того, как на нем был установлен суппорт. При отсутствии суппорта главная операция – точение изделия – механизировалась частично, так как изделие вращалось, а резец передвигался вручную.

При перемещении груза человек затрачивает механическую работу. В рассматриваемом процессе имеется только лишь одна главная операция – перемещение груза. Механизация будет осуществлена в том случае, если человек на перемещение груза не будет затрачивать механической работы. Очевидно, тележка для перевоза груза представляет собой механическое приспособление, так как на перемещение груза человек затрачивает механическую работу, хотя и в меньшей степени, чем если бы передвижение груза осуществлялось вручную. Если тележку привести в движение с помощью электродвигателя (электрокара), то в этом случае механическое приспособление превратится в транспортную машину. Аналогично, велосипед есть механическое приспособление, а мотоцикл – транспортная машина. В электрокаре и мотоцикле человек затрачивает механическую работу только на управление машиной, а не на перемещение груза. Очевидно, ручные тали, лебедки различной конструкции следует отнести к механическим приспособлениям, а не к машинам.

Приведенные примеры превращения механического приспособления в машину за счет постановки двигателя могут вызвать сомнения в существовании машины ручного действия. Возьмем к примеру швейную машину. Она осуществляет механизацию главной операции – сшивание тканей. Заправка и подача ткани, а также подрезка ниток представляют собой вспомогательные операции, которые осуществляются вручную. Поскольку главная операция механизируется, то имеющийся механизм является машиной независимо от того, приводится ли он в движение вручную или от двигателя.

Механический прибор представляет собой механизм, предназначенный для механизации процессов, которые невозможно выполнить посредством человеческого труда. К таким процессам следует отнести, например, измерение времени, давления, скорости, записывание различных графиков и т.п. Механические приборы могут приводиться в движение вручную, двигателем и посредством пружин.

Вспомогательные механизмы служат для механизации процессов, улучшающих эксплуатацию различных агрегатов. Это механизм для подачи смазки, управления, механизмы, применяемые в немеханических системах, например механизмы подачи топлива в паровых котлах, механизмы, производящие развод мостов.

Передаточные механизмы (передачи) служат для передачи механической работы от источника движения к потребителю. К источникам движения относятся двигатели, люди, животные, силы веса, силы упругости (пружины). Потребителями являются машины, механические приборы и вспомогательные механизмы. При этом передаточные механизмы преобразуют вращательные движения с постоянным отношением угловых скоростей. В качестве передач применяют зубчатые, червячные, фрикционные механизмы и механизмы с гибкими связями.

1.  Общие принципы конструирования металлургического оборудования

При конструировании любой машины перед конструктором стоит задача – создать машину, которая бы имела высокую производительность, достаточные надежность и долговечность, сравнительно малую массу, небольшие габариты, простую и безопасную систему обслуживания и была удобной в управлении.

Однако создать конструкцию, полностью отвечающую предъявляемым к ней требованиям, очень сложно, что обусловлено противоречивостью выдвигаемых требований. Так, требование минимальных габаритов противоречит требованию удобства обслуживания, требование прочности и жесткости конструкции – требованию минимальной массы и т.д. В этих случаях идут на компромиссное решение, поступаясь некоторыми, не имеющими в данных условиях первостепенного значения, требованиями.

Схему машины, механизмов выбирают путем сравнительного анализа нескольких вариантов, с точки зрения конструктивной целесообразности, совершенства кинематической и силовой схем, габаритов, металлоемкости, надежности, степени агрегатности, удобства обслуживания и т.д.

При создании новой машины конструкторы широко используют конструктивную преемственность, ибо ни одно изделие не бывает полностью "пионерским": что-то в нем использовано от уже известных подобных объектов.

Конструктивная преемственность – это когда в каждой новой конструкции в максимально возможной степени используются детали и узлы уже примененные в других апробированных конструкциях.

1.  Роль стандартизации и унификации при создании новых машин

Важнейшими факторами, влияющими на совершенствование конструкций, снижение стоимости изделий, улучшение условий труда, являются стандартизация и унификация.

Стандарт (англ. Standart) – норма, мерило, образец, основа. Типовой вид изделий, удовлетворяющий определенным условиям в отношении качества, химсостава, физических свойств, меры, веса и т.д.

Сформулируем понятие этих терминов и рассмотрим их влияние на процесс и качество конструирования.

1.  Стандартизация

Стандартизация – это установление и применение обязательных норм и требований, которым должны соответствовать типы, размеры, параметры и качественные характеристики материалов, деталей, узлов и готовых изделий. Применительно к машиностроению можно сказать, что стандартизация – это регламентирование конструкции и типоразмеров широко применяемых машиностроительных деталей, узлов и агрегатов.

Стандартизация имеет огромное технико-экономическое значение для металлургического машиностроения, отличающегося широкой номенклатурой применяемых материалов и большим многообразием типоразмеров изделий: от уникальных (конвертеры, прокатные станы, мощные прессы, современные доменные печи и т.п.) до массовых (соединения, подшипники, механические передачи и др.).

Стандартизация деталей машин обеспечивает ограничение большого числа различных типов и размеров одноименных деталей научно обоснованным минимумом. Каковы выводы следуют из сказанного? Это создает объективные предпосылки для снижения трудоемкости изготовления, расхода материалов и стоимости деталей за счет организации массового или крупносерийного производства стандартных деталей. Применение последних (и особенно узлов) сокращает сроки и трудоемкость создания новых машин, поскольку отпадает необходимость проектирования, изготовления и доводки этих деталей и узлов.

Стандартизация облегчает эксплуатацию и обеспечивает ремонтопригодность машин, упрощает и удешевляет ремонт путем замены вышедших из строя стандартных деталей. Стандартизация технических условий и методов испытаний деталей и узлов машин способствует повышению их качества и надежности.

Стандартизация деталей машин обеспечивает возможность использования стандартных инструментов для их обработки и измерения, организовать производство стандартных изделий наиболее прогрессивными методами.

Стандартизация деталей и узлов машин охватывает:

•  Материалы (химсостав, мех.свойства, сортамент);
•  Нормы проектирования (терминологию, классификацию, методы расчета, правила оформления чертежей, схем и другой документации);
•  Конструктивные элементы (ряды чисел линейных размеров, модули зубчатых колес, передаточные отношения, резьбы, шпоночные соединения);
•  Допуски и посадки, параметры шероховатости, отклонения размеров, формы и расположения поверхностей;
•  Формы и размеры деталей и узлов массового применения (крепежных деталей муфт, подшипников качения, смазочных центров, ходовых колес, электродвигателей и т.д.);
•  Ряды основных параметров машин, их качественные характеристики, габаритные и присоединительные размеры, методы испытаний и т.д. – например, в ПТУ – грузоподъемность, скорость подъема, передвижения тележки и крана и т.д.).

В зависимости от сферы действия и уровня утверждения стандарты подразделяют на следующие категории. Международные стандарты (ISO), государственные (ГОСТы, утвержденные комитетом Держстандарт Украины) и действующие на всей территории Украины, отраслевые (ОСТы), утвержденные Министерством и обязательные для всех предприятий данной отрасли; стандарты предприятий (СТП) – обязательные только для утвердившего их предприятия.

Каждый стандарт имеет номер и год выпуска. Например, державный стандарт Украины ДСТУ 3008-95 (№ 3008, год 1985) «Документация. Отчеты в сфере науки и техники. Структура и правила оформления». Этот стандарт соответствует международному ISO 5966:1982 (№ 5966, год 1982) «Dokumentation – Presentation of scientifik and technical reports”.

В каждой стране свои стандарты. Но уже идет постепенная унификация стандартов. Разработкой международных стандартов занимается Международная организация по стандартизации (ИСО).

Сейчас Украина переходит на свои государственные стандарты, тесно увязывая их с международными, однако в Украине еще действует значительное число ГОСТов бывшего СССР.

Качественными показателями принципа конструирования с использованием стандартных элементов (деталей) являются:

Коэффициент стандартизации

;

Коэффициент преемственности

,

где - число стандартных изделий в конструкции;

- число стандартных крепежных изделий в конструкции;

- общее число изделий в новой разработке;

- число изделий, заимствованных из других разработок.

При вычислении коэффициентов  и  значения ,  и  определяют по спецификации изделия.

1.  Унификация

Унификация (греч. – приведение к единообразию) – это рациональное сокращение числа типов, видов, размеров изделий одинакового функционального назначения, а также деталей и узлов, входящих вних.

Есть и такое понятие. Унификация состоит в многократном применении одних и тех же конструктивных элементов и использовании деталей и узлов из ранее спроектированных машин в конструкциях новых, что способствует сокращению номенклатуры деталей, обрабатывающего, мерительного и монтажного инструмента, приводит к уменьшению стоимости изготовления, упрощению эксплуатации и ремонта машин.

Базой унификации является стандартизация с ее системой предпочтительных чисел. Унифицирование изделия, их составные части должны обладать полной взаимозаменяемостью.

Взаимозаменяемость – свойство деталей и узлов, позволяющее заменить их без дополнительной обработки с сохранением всех требований к работе данной машины. Взаимозаменяемостью могут обладать не только отдельные детали, но и сборочные единицы.

Унификация может проводиться как в отношении стандартизованных, так и не стандартизованных деталей и узлов изделий. Обычно в конструкциях металлургических машин унифицируют посадочные диаметры, посадки и параметры точности и размеры под ключ резьбовых соединений; диаметры, формы шпонок и шлицев, посадки и параметры точности шпоночных и шлицевых соединений; модули, типы зубьев и параметры точности зубчатых зацеплений; размеры и типы фасок, галтелей и др.Унификация марок и сортамента материалов, типоразмеров крепежных деталей, подшипников качения и других нормализованных деталей дает возможность упростить снабжение и облегчить ремонт машин.

На заводах черной металлургии эксплуатируются в одних и тех же условиях при одинаковых режимах работы большое количество деталей, большинство которых имеет незначительные, часто ничем не обоснованные конструктивные отличия. Конструкцию таких деталей легко унифицировать и изготавливать на специализованных предприятиях.

Эффективность этого иллюстрирует опыт по унификации воздушных и шлаковых фурм доменных печей. В результате унификации число разновидностей воздушных фурм уменьшилось с 51 до 9, а шлаковых – с 47 до 2. Появилась возможность их централизованного изготовления на специализированных заводах (Константиновский). Кроме того, в течение года экономится 30-35% фурм, расход меди снизился на 100т, за счет снижения простоев доменных печей увеличилась выплавка чугуна.

Унификация основного металлургического оборудования дело нелегкое и нескорое. Однако, даже при нынешнем уровне унификации деталей и узлов металлургического и подъемно-транспортного оборудования есть возможность организовать серийное изготовление однотипных деталей.

Показатели уровней унификации

Для оценки уровня унификации той или иной конструкции используют коэффициент унификации, который выражают через количественные, массовые и стоимостные показатели:

; ; ,

где , ;  - соответственно число, масса и стоимость унифицированных деталей в изделии.

,  - соответственно число, масса и стоимость общего количества деталей в изделии.

На практике обычно применяют первый из этих показателей как более простой. Однако он не учитывает удельного значения унифицированных деталей в конструкции машин. Вероятно более правильно уровень унификации отражает стоимостный коэффициент, но его определять сложнее. Принимают дифференциальные показатели, например степень унификации крепежных деталей оценивают отношением:

,

где  - число типоразмеров унифицированных изделий;

- общее число крепежных изделий.

Степень унификации автомобилей Минского автозавода 82-93%, двигателей Ярославского "Автодизель" 80-95%, средняя степень унификации автомобилей семейства ЗИЛ - 80%.

Определение целесообразного параметра при унификации изделия

Построение параметрических рядов изделий является результатом большой работы по унификации. При построении параметрических рядов часто приходится решать вопрос о том, какой параметр (размер) считать главным. На первый взгляд этот вопрос является простым – главный параметр это такой, который определяет основные эксплуатационные свойства изделия. Однако на практике главным параметром приходится считать в ряде случаев тот параметр, который позволяет построить ряд с более высокой степенью унификации. Это положение можно проиллюстрировать на следующем примере. Предполагается производство болтов из материалов различной прочности, причем в качестве главного параметра можно выбрать диаметр болтов (резьбы), прочность или длину. Рассмотрим два случая.

1.  В качестве главного параметра примем силу разрыва болта. Тогда диаметр будет производным параметром, определяемым в зависимости от прочности материала и собственно болта. Выберем, например, восемь различных значений разрывной силы болтов, пять различных значений длины для каждой разрывной силы, три различные категории материала по прочности для каждой разрывной силы. В итоге получим:  различных типоразмеров болтов, отличающихся величиной разрывной силы, длиной, материалом. Число диаметров определяется как произведение .
2.  В качестве главного параметра примем диаметр болта. Тогда разрывная сила сила будет производным параметром. Выберем для этого случая восемь различных значений диаметров болтов, пять различных значений длины для каждого диаметра, три различные категории прочности материала. Получим  различных типов болтов, отличающихся длиной, разрывной силой и диаметром. Случай, аналогичный предыдущему, но при этом всего восемь диаметров болтов (а значит, и прутка, из которого они будут изготовлены) и  различных типоразмеров болтов вместо 120 в первом примере. Очевидно, для производства это более выгодно.
   1.  Нормализация изделий

В пределах конструкторских бюро крупных НИИ с целью совершенствования конструкций машин возникает необходимость сокращения сортамента изделий, в т.ч. стандартизированных, и уточнения отдельных показателей, рекомендуемых ГОСТом. Иногда новые детали, механизмы, материалы и способы расчета на данном отрезке времени находят узкое применение, недостаточное для разработки общесоюзных стандартов. В этих случаях осуществляют нормализацию, проводимую с учетом конкретных требований отрасли, КБ и т.д. Такие нормы регламентируют также применение в конкретных случаях конструкций, охваченных ГОСТом.

Нормалям присваивается индекс Н (нормаль) или МН (межведомственная нормаль), соответствующий номер и год. Например, МН 2091-61 нормаль на цепные муфты, принятая в 1961г.

По мере накопления необходимых достоверных сведений, основанных на опыте их применения и эксплуатации, отраслевые стандарты, ТУ и нормали после соответствующей доработки переводятся в разряд стандартов. Унификация, стандартизация деталей и узлов позволяют широко использовать в машиностроении конструирование машин и оборудования из стандартных узлов и узлов многократного использования. Такой принцип называется агрегатированием.

1.  Тиражирование машин на основе унификации

В практике конструирования возможно образование производных машин на базе унификации. Суть состоит в том, что на базе исходной модели создают ряд производных машин одинакового назначения, но с различными показателями мощности, производительности и т.п., или машин различного назначения, выполняющих качественно другие операции, а также рассчитанных на выпуск иной продукции. Речь идет о создании типажа машин.

В настоящее время сложилось несколько направлений решения этой задачи. Не все они являются универсальными. Возможно сочетание и параллельное применение нескольких методов.

Вот некоторые из них:

Секционирование – заключается в разделении машины на одинаковые секции и образования производных машин набором унифицированных секций. Секционированию хорошо поддаются многие виды транспортирующих машин (ленточные, пластинчатые, скребковые, цепные транспортеры), рольганги, железнодорожные составы, подъемники типа "Пионер" и др. Ковшовые элеваторы, у которых длину полотна можно изменять изъятием или добавлением звеньев. Тоже касается эскалаторов.

Метод изменения линейных размеров – изменяют длину изделия, сохраняя форму поперечного сечения. Используется мало, только для ротативных машин (шестеренные и лопастные насосы, компрессоры, вальцовые машины и т.п.). Так как у них производительность пропорциональна длине ротора. Увеличением длины зубчатых колес при сохранении модуля можно повысить нагрузочную способность передачи. Например, шестеренные валки мини привода рабочей клети прокатного стана применяются шевронные зубья).

Метод базового агрегата – применение базового агрегата, превращаемого в машины различного назначения присоединением к нему специального оборудования. Строительство самоходных кранов, погрузчиков, трактор "Белорусь" с разными навесными элемента.

Конвертирование – базовую машину или основные ее элементы используют для создания агрегатов различного назначения, иногда близких, а иногда различных по рабочему процессу. Например, перевод поршневых двигателей внутреннего сгорания с одного вида топлива на другой: бензин на дизельное или газовое, воздушные компрессоры на аммиак, даже преобразование двигателя внутреннего сгорания в поршневой компрессор.

Компаундирование – параллельное соединение машин или агрегатов с целью увеличения общей мощности или производительности установки. Спариваемые машины можно установить рядом как независимые агрегаты или связаны друг с другом синхронизатором или даже конструктивно объединенных в один агрегат. Пример: два или четыре двигателя на самолете, парные атомные или другие установки на атомных ледоколах или иных крупных судах, приводы наклона конвертера для слива стали, где на центральное зубчатое колесо передается вращающий момент четырьмя шестернями – по одной от каждого привода. Такое тиражирование повышает технику безопасности, надежность, маневренность и т.д.

Модифицирование – переделка машины с целью приспособления ее к иным условиям работы, операциям и видам продукции без изменения основной конструкции (например, замена некоторых материалов в машине, работающей в тропическом климате или, наоборот, в северном исполнении. В условиях горячих цехов, например, замена обычных двигателей на двигатель в теплозащитном исполнении. Пример модификации можно проиллюстрировать на конвертерах с различной продувкой ванны (см.рис.)

Рисунок – Различные способы продувки ванны конвертера

Агрегатирование – заключается в создании машин путем сочетания унифицированных агрегатов, представляющих собой автономные узлы, устанавливаемые в различном числе и комбинациях на общей станине. Наиболее широко применим в конструировании металлорежущих станков. В прокатном производстве – это непрерывные прокатные станы, когда несколько однотипных рабочих клетей объединены в один агрегат для непрерывной прокатки: черновые группы рабочих клетей сортовых, а также листовых станов. Весьма перспективный метод. Основные преимущества: сокращение сроков и стоимости проектирования и изготовления машин, упрощение обслуживания и ремонта, возможность переналадки для обработки разнообразных деталей. Частным агрегатированием является использование стандартизированных узлов и агрегатов из числа серийно выпущенных промышленностью, списанных машин и агрегатов. Этот метод используют даже на стадии проектирования. При создании принципиально новых машин не обойтись без проектирования конструктивно новых составных частей. Причем, лучше использовать стандартные, хорошо отработанные детали. Особенно это касается валов шестерен, редукторов, пневмо- и гидроцилиндры. Это позволяет лучше осмыслить конструкцию и лучше оценить несколько вариантов, выбрать лучший.

Унифицированные ряды – образование ряда производных машин различной мощности или производительности путем изменения числа главных рабочих органов и их применение в различных сочетаниях. Такие ряды называют семейством, гаммой или серией. Способ применим к машинам, мощность и производительность которых зависит от числа рабочих органов.

Пример: двигатели внутреннего сгорания по числу цилиндров: двух-, четырех-, шести-, восьмицилиндровые; по расположению цилиндров: линейные, ??-образные, горизонтальные, звездообразные.

1.  Применение моделей, макетов и темплетов при проектировании. Основные термины и определения

Требования к моделям, макетам и темплетам, применяемым при проектировании, определены ГОСТ 2.002-82. Этот стандарт распространяется на макеты, модели, применяемые в процессе макетного метода проектирования, и на темплеты, применяемые при методе плоскостного макетирования проектных решений. Он устанавливает основные термины и их определения, масштабы и правила изображения макетов, моделей и темплетов (изделий, зданий, сооружений и их составных элементов, применяемых при разработке проектов опытно-промышленных установок и сооружений).

Метод аппликаций известен еще с детских лет и применяется в изготовлении чертежей.

К проектированию с применением темплетов и моделей не относится изготовление демонстрационных или действующих макетов, а также учебных пособий.

Основные термины и их определения:

Проектирование с применением темплетов и моделей – это метод разработки проектных решений при помощи темплетов и (или) моделей, обеспечивающий возможность их быстрого выполнения, сравнения и выбора оптимального варианта.

Темплет – изделие, являющееся двухразмерным изображением предмета в виде упрощенной ортогональной проекции в установленном масштабе. В зависимости от материала различают прозрачный и непрозрачный темплеты. Прозрачный – это темплет, изготовленный из прозрачного или светопроницаемого материала, например, из пластмассовой пленки, кальки и т.п. Непрозрачный – из непрозрачног-о материала или светонепроницаемого материала, например, из картона, фанеры, стальной фольги и т.п.

Модель – изделие, являющееся трехразмерным упрощенным изображением предмета в установленном масштабе. Модель является составной частью макета.

Макет- изделие, являющееся трехразмерным упрощенным изображением предмета в установленном масштабе. Модель является составной частью макета.

Макет – изделие, являющееся изображением проектного решения в установленном масштабе, которое собирается из темплетов или моделей. В зависимости от стадии разработки различают проектный и рабочий макеты. Макет может быть плоским или объемным.

Плоский макет – изделие, являющееся упрощенным изображением проектного решения в установленном масштабе, которое собирается из темплетов, Его используют как средство для выполнения графической части проектной документации, Иногда его называют методом аппликаций.

Объемный макет - изделие, являющееся упрощенным изображением проектного решения в установленном масштабе, которое собирается из макетов. Он дополняет или заменяет графическую часть проектной документации.

Проектный макет- макет, собранный на стадии разработки технического проекта с использованием упрощенных темплетов и (или) моделей.

Рабочий макет – макет, собранный на стадии разработки рабочей документации с использованием темплетов и (или) моделей.

Темплеты крепят на плите или поверхности, называемой планировочной плитой. Макеты крепят на плите, называемой подмакетником. Для сборки проектного макета используют комплекс моделей и специальных деталей, называемый стендом проектных разработок. При этом используют масштабную сетку – линии и точки для ориентировки темплетов и моделей. Масштабы уменьшения изображения на макетах, моделях и темплетах: 1:5, 1:10, 1:20, 1:25, 1:50, 1:100, 1:200.

Основные требования к моделям. Модель изображает внешнюю форму и основные явления предмета. Внешняя форма моделей при максимальном упрощении должна сохранять принципиальное сходство с изображаемым предметом. Движущиеся части оборудования изображают на модели в среднем рабочем положении. На модели массового выпуска должны быть нанесены условные обозначения, характеризующие модель и ее параметры. Опознавательная окраска моделей на рабочем проекте промышленного объекта тоже гостирована. В частности модели для предприятий металлургической промышленности – светло-зеленого цвета, подкрановые балки – красного и т.д. Конструктивные элементы макета, не имеющие прообраза в натуре, окрашивают в белый цвет или выполняют из прозрачного бесцтветного материала.

1.  Методы получения новых технических решений при конструировании

Существуют методы, которые направляют творческую мысль разработчика на создание новых, нешаблонных, нетиповых решений. Эти методы способствуют проектированию, и разработчику полезно знать их.

Инверсия – метод получения нового технического решения путем отказа от традиционного взгляда на задачу. При инверсии взгляд на задачу осуществляется с другой позиции, обычно диаметрально противоположной. Инверсия позволяет создать новые, поражающие оригинальностью и смелостью мысли конструкции (рис.) Обычно исследуемые элементы меняются местами.

Рисунок – Пример инверсии: перенос сферы тяги на боек в приводе коромысла клапанного механизма двигателей.

Аналогия – использование технических решений из других областей науки и техники для решения задачи или стимулирования разработки новых решений. Аналогичные решения, используемые для решения инженерных задач, могут быть заимствованы из живой природы как природные конструкции и элементы биомеханики. Метод прецедента основывается на использовании аналогии с ранее разработанными конструкциями. Новая может быть эквивалентна своему аналогу. Нередко увеличение или уменьшение размеров конструктивного исполнения приводит к новому качеству. Аналогия может не только использовать ранее существующие конструктивные решения, но и имитировать форму, цвет, звук, моделировать разные качества.

Эмпатия – отождествление личности разработчика с предметом исследования, т.е. деталью или процессом. Эмпатия требует от человека "вхождения в образ". Этот метод позволяет выявить многие факторы, которые внешне не заметны, но могут существенно повлиять на конструкцию. Эмпатия приводит к новому взгляду на задачу.

Комбинирование -  использование в новой конструкции в разном порядке и в разных сочетаниях отдельных технических решений, процессов, элементов. При этом получается новое качество, дополнительный положительный эффект. В конструкции могут быть использованы не только новые элементы, но и старые, известные и использованные ранее.

Метод комбинирования может производиться по трем схемам объединения элементов: новое плюс новое, новое плюс старое, старое плюс старое. В новом устройстве элементы могут выполнять старые функции или приобретать новые свойства.

Компенсация – уравновешивание нежелательных и вредных факторов средствами противоположного действия. Часто приходится компенсировать влияние массы, инерции, трения, потерь различного вида. Компенсация осуществляется специальными устройствами – компенсаторами, которые могут быть постоянными, регулируемыми, автоматическими, пружинными и др.

Динамизация – превращение неподвижных и неизменных элементов конструкции в подвижные и изменяемой формы.

Агрегатирование – создание множества изделий или их комплексов, способных выполнять различные функции либо существовать в различных условиях. Это достигается путем изменения состава изделий или структуры их составных частей. Основные способы агрегатирования:

•  Соединение агрегатов с самостоятельными изделиями, представляющее комплексы, например, трактор с прицепными орудиями (плугом, культиватором, сеялкой и др.);
•  Агрегатирование присоединением, когда к базовой составной части могут присоединяться различные зависимые составные части – агрегаты, узлы, детали (например, трактор с различными навесными орудиями – бульдозером, рыхлителем). Здесь базовая составная часть может иметь как самостоятельные функции (трактор), так и быть агрегатом, предназначенным для функционирования только с присоединенными составными частями;
•  Агрегатирование изменением, когда в изделии могут применяться всевозможные варианты составных частей при различной их компановке, например, различные варианты кузова автомобиля (автомастерская, бортовой кузов, молоковоз и др.). В отличие от агрегатирования присоединением каждая составная часть здесь всегда присутствует в конструктивной компоновке в виде одной из модификаций.

Компаундирование – состоит в том, что для увеличения производительности параллельно соединяются два технических объекта. Соединение производится различными приемами: технические объекты устанавливаются параллельно как независимые агрегаты и связываются синхронизирующими устройствами; конструктивно объединяются в один агрегат и т.д.

Блочно-модульное проектирование – предусматривает создание изделий на основе модулей и блоков. Модуль является составной частью изделия, преимущественно состоящей из унифицированных или стандартных составных частей различного функционального назначения. Блочно-модульное проектирование является прогрессивным способом унификации, обеспечивающим экономию времени при разработке изделия, оно особенно эффективно в сфере эксплуатации.

Резервирование – увеличение числа технических объектов для повышения надежности изделия в целом.

Мультипликация – повышение эффективности за счет использования нескольких рабочих органов, производящих одни и те же функции (полиспаста, многодетальной обработки, многоступенчатых конструкций, каскадных конструкций, многоэтажных конструкций, многослойных конструкций и др.).

Метод расчленения – заключается в мысленном разделении традиционных технических объектов с целью разделения и упрощения выполняемых ими функций и операций.

Секционирование – предполагает дробление технического объекта на конструктивно подобные составные части – секции, ячейки, блоки, звенья.

Ассоциация – свойство психики при появлении одних объектов в определенных условиях вызывать активность других, связанных с первыми. Совпадение определенных признаков разных объектов позволяет найти у исследуемого процесса нехарактерные решения. Например, ассоциативное исследование механики работы человеческой руки наводит на мысль о создании механического манипулятора, имитирующего работу руки.

Идеализация – наделение реальных объектов нереальными, несуществующими свойствами и изучение их как идеальных (точка, линия, абсолютно твердое тело и др.). Идеализация позволяет значительно упростить сложные системы, обнаружить существенные связи и применить математические методы исследования.

Совокупность разработанных вариантов нового изделия является основой для создания его конструкции.

1.  Современные тенденции разработки и постановки изделий машиностроения на производство
   1.  Общие положения

Освоение нового изделия является результатом большой предварительной работы, включающей научные исследования, научное прогнозирование, патентный поиск, технико-экономические исследования, оценку технологических возможностей предприятия и отрасли, учет коньюнктуры рынка как внутри страны, так и вне ее и т.д.

Продукция (новая техника), подлежащая разработке и постановке на производство, по техническому уровню и качеству должна соответствовать требованиям высшей категории качества на момент освоения. Требования, заложенные при разработке продукции, должны гарантировать возможность ее выпуска с показателями, находящимися на уровне лучших достижений в стане и за рубежом и даже превосходящие их; должны обеспечивать конкурентоспособность на внешнем рынке, экономическую эффективность и удовлетворение потребностей народного хозяйства и экспорта.

К новой технике относят впервые реализуемые в народном хозяйстве результаты научных исследований и прикладных разработок, содержащие изобретения и научно-технические достижения, а также новые, более совершенные технологические процессы, орудия и предметы труда(новые модели станков, автомашин и т.д.), обеспечивающие повышение технико-экономических показателей производства.

Для выявления в какой мере новое изделие (новая техника) полезны и обеспечивают повышение производительности труда, выполняют анализ новой конструкции и дают обоснование целесообразности внедрения ее в производство.

Рисунок – Схема процесса удовлетворения общественных потребностей в изделии.

Много времени уходит на согласование между ведомствами технической документации при создании и постановке на производство новой продукции машиностроения.

1.  Виды изделий и их структура

ГОСТ 2.101-68 устанавливает виды изделий всех отраслей промышленности при выполнении конструкторской документации. Что понимают под изделием?

Изделие – предмет или набор предметов производства, подлежащих изготовлению на предприятии. Например: гайка, вал, подшипник, самолет, завалочная машина, кран, космический корабль.

ГОСТом установлено четыре вида изделий: деталь, сборочная единица, комплекс и комплект.

Деталь – изделие, изготовленное предприятием из однородного по наименованию и марке материала без применения сборочных операций (корпус редуктора, болт, гайка, заклепка, пружина тормоза, ходовое колесо без подшипников, хобот завалочной машины).

Деталь может быть изготовлена при помощи соединительных операций (местная сварка, спайка, склеивание, сшивка и т.д.) или может иметь защитное, либо декоративное покрытие (хромированный винт, упаковочная коробка, склеенная из одного куска картона, приводной ремень в ременной передаче, сварной кронштейн).

Сборочная единица – изделие, составные части которого подлежат соединению между собой на предприятии-изготовителе сборочными операциями: свинчиванием, сочленением, клепкой, сваркой, пайкой, опрессовкой, развальцовкой, склеиванием, сшивкой, укладкой и т.п. Например: завалочная машина, засыпной аппарат, смеситель аглошихты, рабочая клеть, ножницы, редуктор, сварной корпус автомобиля, подшипник качения.

Комплекс – несколько специфицированных изделий, предназначенных для выполнения взаимосвязанных эксплуатационных основных функций (бурильная установка).

Комплект – несколько изделий, имеющих общее эксплуатационное назначение вспомогательного характера (комплект запасных частей, комплект измерительной аппаратуры и др.).

1.  Структура объектов конструирования

Изделия, в зависимости от наличия в них составных частей делят на: неспецифицированные и специфицированные.

Понятие "составная часть" следует применять только в отношении конкретного изделия, в состав которого она входит. Составной частью может быть любое изделие: деталь, сборочная единица, комплекс, комплект.

Неспецифицированное изделие (объект) – изделие, не имеющее составных частей (например, вал-шестерня).

Специфицированное изделие (сборочная единица, комплекс, комплект) – изделие, состоящее из двух и более составных частей, например, рабочая клеть прокатного стана и др.

При выполнении конструкторской документации различают понятия "изделий".

Оригинальное – это изделие, примененное в конструкции только одного объекта.

Уникальное – изделие, изготовленное в одном экземпляре и которого нет на складе запасных частей.

Унифицированное – изделие, примененное в конструкторской документации нескольких объектов.

Стандартизированное изделие, примененное по международному, межгосударственному, государственному или отраслевому стандарту, полностью и однозначно определяющему его конструкцию, показатели качества, методы контроля, правила приемки и поставки.

Покупное – изделие, изготовленное по документации предприятия-изготовителя.

Изделие, полученное по кооперации – это объект, изготовленный по документации заказчика (потребителя).

В зависимости от назначения изделия делят на:

Изделия основного производства – это изделия, предназначенные для поставки (реализации) заказчику. Другими словами – это товарная продукция предприятия.

Изделия вспомогательного производства – изделия, предназначенные для собственных нужд предприятия-изготовителя.

1.  Техническая документация и ее структура

Ни одно промышленное изделие не может быть изготовлено и выпущено "в жизнь" без разработки на него технической, довольно объемной, документации. Какова же сущность и структура технической документации?

Техническая документация – совокупность документов, используемых для организации и осуществления производства, испытаний, эксплуатации и ремонта изделий.

В структурном отношении техническая документация состоит из трех основных частей (видов): конструкторской, технологической и нормативно-технической (рис.)

Рисунок – Структура технической документации

Конструкторская документация – это графические и текстовые документы, которые в отдельности или в совокупности определяют состав и устройство изделия и содержат необходимые данные для его разработки, изготовления, контроля, приемки, эксплуатации и ремонта.

Технологическая документация – графические и текстовые документы, которые отдельно или в совокупности с другими документами определяют технологический процесс (операцию) изготовления изделия. Виды, правила и положения о порядке разработки, комплектации и обращения технологической документации установлены стандартами ЕСТД.

Нормативно-техническая документация состоит из международных, межгосударственных и государственных стандартов, а также стандартов предприятий, технических условий, руководящих технических материалов, технических описаний, нормалей предприятий и т.д.

Ремонтная документация: график ремонта, ведомость дефектов, сметы на ремонт, чертежи.

Детально мы остановимся только на конструкторской документации.

1.  Виды и комплектность конструкторских документов

Согласно ГОСТ 2.102-68 установлены виды и комплектность конструкторских документов всех отраслей машиностроения.

В условиях современного машиностроения, да и других отраслей промышленности, основным конструкторским документом является чертеж. Он служит средством выражения технической мысли, он поясняет устройство и работу механизма, машины, агрегата. В. И. Курдюмову принадлежит выражение "Чертеж является языком техники".

Установлены следующие виды чертежей. Чертеж детали, сборочный чертеж (СБ), чертеж общего вида (ВО), теоретический чертеж (ТЧ), габаритный чертеж (ГБ), монтажный чертеж (МЧ). Подробно о содержании этих видов чертежей см. ГОСТ 2.102-68.

Основным конструкторским документом для деталей является чертеж детали или еще бытует термин – рабочий чертеж детали. Называют его так потому, что по нему рабочие изготавливают деталь. Еще существует и понятие технический рисунок. Это не эскиз и не чертеж. Технический рисунок напоминает фотографию, но содержит размеры предмета, его название, материал, количество деталей, из которых он изготовлен.

Технический рисунок – это графическое изображение, выполненное от руки по правилам аксонометрии с соблюдением пропорций на глаз. На рисунке ** представлен технический чертеж корытообразной емкости. Она состоит из двух торцевых и двух боковых стенок, одного днища. Материал – листовая сталь марки Ст 5 толщиной 5 мм. Все необходимые размеры для изготовления емкости имеются.

1 – торцевая стенка; 2 – боковая стенка; 3 – днище.

Рисунок – Технический рисунок корытообразной емкости.

Подробнее остановимся на рабочем чертеже детали.

Чертеж детали – документ, содержащий графическое изображение детали и другие данные, необходимые для ее изготовления и контроля. В качестве примера рассмотрим рабочий чертеж детали вал-шестерни редуктора типа Ц250 (рис.)

Рисунок –

Рабочий чертеж детали – основной технический документ производства изделия. По нему узнают о форме детали, размерах, точности обработки, о материале, о требованиях к качеству ее поверхности, о точности формы детали. От того, как разработаны рабочие чертежи деталей зависит качество будущего изделия (машины).

Следующим видом конструкторской документации является схема. Согласно ГОСТ 2.701-76 – это графический документ (рисунок), на котором при помощи условных изображений и обозначений показаны составные части изделия и связи между ними. Схемы бывают кинематическими, структурными, блочными, конструктивными, расчетными, электрическими, пневматическими и др. Студенты механических специальностей имеют дело, в основном, с кинематическими, конструктивными, структурными и расчетными схемами.

На кинематических схемах показывают только те части механизма (машины), которые принимают участие в передаче движения (зубчатые колеса, валы, шкивы, цепи и т.д.)

Большие группы КД составляют текстовые документы.

Спецификация – документ, определяющий состав сборочной единицы, комплекса или комплекта.

Ведомости – это КД, содержащие перечень определенных объектов (понятий): ведомость спецификаций (ВС), ведомость ссылочных документов (ВД), ведомость покупных изделий (ВП), ведомость держателей подлинников (ДП), ведомость технического предложения (ПТ) и др.

Пояснительнгая записка (ПЗ) – документ, содержащий описание устройства и принцип действия разрабатываемого изделия, а также обоснование принятых при его разработке технических и ТЭО решений.

Таблица – документ, содержащий в зависимости от его назначения, соответствующие данные, сведенные в таблицу. В виде таблицы удобно, например, дать характеристику доменным печам металлургического комбината.

Часто, в целях экономии времени и бумаги в таблицу сводят результаты однотипных расчетов и т.д. При этом получает удобство и наглядность при анализе данных.

Расчет – документ, содержащий расчеты параметров и величин, например, расчет на прочность универсального шпинделя линии привода рабочей клети прокатного стана. В практике конструирования расчет выступает составной частью пояснительной записки.

Эксплуатационные документы (по ГОСТ 2.601-68) предназначены для использования при эксплуатации, обслуживании и ремонте изделия в процессе эксплуатации. Основными из них являются технический паспорт машины.

Демонтажные документы (ГОСТ 2.602-68) содержат данные для проведения ремонтных работ на специализированных предприятиях.

Карта технического уровня и качества продукции (КУ) - содержит данные, определяющие технический уровень качества изделия и соответствие его технических и экономических показателей достижениям науки и техники, а также потребностям народного хозяйства.

В зависимости от характера выполнения и использования конструкторские документы бывают следующих видов: оригиналы, подлинники, дубликаты и копии.

Оригинал – документ, выполненный на любом материале и предназначенный для изготовления по нему подлинника.

Подлинник – документ, оформленный подлинными установленными подписями и выполненный на любом материале, позволяющем многократное воспроизведение с него копий. Можно использовать оригинал, фотокопию или экземпляр образца, изданного типографским способом с подписями лиц, отвечающих за выпуск документа.

Дубликат – копия подлинника, обеспечивающая идентичность воспроизведения подлинника, выполненного на любом материале, позволяющем снятие с него копий.

Копия – документ, выполненный способом, обеспечивающем его идентичность с подлинником (дубликатом), и предназначенный для непосредственного использования при разработке, в производстве, эксплуатации и ремонте изделий (синьки, т.е. заводские чертежи).

1.  Согласование комплектующих изделий

В частности покупных оговорено ГОСТ 2.117-71.

Цель – обеспечение правильности применения этих изделий для достижения установленного качества разрабатываемых объемов изделий, где оно применено, накопление статистических данных по покупным изделиям для отработки конструкторской документации на них.

Согласование ведут:

•  При отсутствии в документации каких-либо параметров, режимов работы и др. данных, имеющих важное значение для работы объекта;
•  При несоответствии параметров, режимов работы и др. данных, имеющих важное значение для работы объекта, проведенным в документации на покупное изделие или материал;
•  При изменении условий работы покупного изделия на объекте, применение которого ранее было согласовано и т.д.

Согласование применения покупных изделий между потребителем и согласующей организацией оформляется "двухсторонним протоколом" согласования применения покупных изделий  4 экз. с приложением технического обоснования выбора покупного изделия. Согласование в определенные сроки. Согласованные условия применения покупного изделия являются дополнительными данными к ранее уже гарантированным. Ведомость согласования составляют на основе протоколов согласования применения покупных изделий.

1.  Технические условия на изделие

Технические условия содержат все требования к продукции, ее изготовлению, контролю, приемки и поставке, которые нецелесообразно указывать в конструкторской или другой технической документации. А если таковой нет, то технические условия содержат полный комплекс требований к продукции, ее изготовлению, контролю, приемке и поставке. Технические условия разрабатывают на одно или несколько конкретных изделий, материалов, веществ и т.п. при отсутствии стандартов на продукцию.

Технические условия должны содержать: вводную часть и разделы, расположенные в следующей последовательности: технические требования, правила приемки, методы контроля (испытания, анализа, измерений), транспортирование и хранение, указания по эксплуатации, гарантии поставщика. Состав технических условий и содержание разделов определяют в соответствии с особенностями продукции.

1.  Экспертиза технической документации

Экспертизу технической документации проводят с целью определения соответствия разрабатываемой продукции техническому заданию и необходимому техническому уровню, включая степень унификации и стандартизации.

При проведении экспертизы проверяют соответствие показателей технического уровня и качества продукции, установленных в документации, требованиям технического задания и технико-экономическое обоснование принятых показателей качества продукции; рациональное использование материалов, топлива, энергии с учетом удельной материалоемкости и энергоемкости.

Комплектность документации.

Внедрение и соблюдение стандартов, распространяющихся на данный вид продукции, соблюдение перечней, регламентирующих применяемость составных частей, материалов, покрытий и пр.

Возможность сокращения номенклатуры и типоразмеров составных частей, а также дальнейшей унификации исполнений продукции, сокращение в изделиях применяемых сортаментов и марок материалов.

Выполнение установленных требований в части уровня унификации и стандартизации, а также метрологического обеспечения.

Соответствие продукции требованиям безопасности, санитарно-гигиеническим нормам и др. требованиям (эргономическим, эстетическим, экологическим и т.п.).

Использование в разрабатываемой продукции изобретений согласно требованиям технического задания.

Соответствие продукции требованиям, утвержденных перспективных типажей и систем машин, оборудования и др.техники.

Стадии разработки, на которых ведут экспертизу, виды продукции, документацию которой подвергают экспертизе, перечни показателей, порядок и место ее проведения и перечень организаций, проводящих экспертизу, устанавливают ведущие министерства или по их поручению ведущие (головные) организации.

По результатам проведения экспертизы составляют экспертное заключение по специальной форме.

1.  Карта технического уровня и качества продукции

Карта технического уровня и качества продукции составляется на конкретную продукцию и является составной частью комплекта технической документации на продукцию. Она применяется для оценки технического уровня и качества продукции при определении целесообразности разработки и постановки ее на производство, при модернизации выпускаемой продукции и снятии ее с производства или эксплуатации, аттестации и государственной регистрации продукции.

Технический уровень характеризует техническую полезность и ценность объекта, его соответствие своему назначению. Он представляет собой количественную характеристику степени совершенства изделия.

В карту включают номенклатуру показателей качества продукции.

Основные показатели:

Показатели назначения – функциональные и технической эффективности (для продукции металлургического машиностроения это производительность, мощность, грузоподъемность, скорость и т.д.).

Конструктивные – масса, габариты.

Показатели надежности – безотказности (например, наработка на отказ и т.д.).

Показатели долговечности – средний ресурс, назначенный ресурс и т.д. "Ресурс машины" – время (в часах) работы машины до первого капитального ремонта.

Ремонтопригодность – например, время восстановления работоспособного состояния и др.

Сохраняемость – например, средний срок сохраняемости и др.

Показатели экономного использования – сырья, материалов, топлива, энергии и трудовых ресурсов (например, удельный расход основных видов сырья, материалов, топлива, энергии на единицу основного показателя качества продукции; коэффициент использования материальных ресурсов – отношение полезного расхода к расходу на производство единицы продукции (работы) и т.д.

Показатели, характеризующие ограничения вредных воздействий продукции (эргономические, экологические и показатели безопасности, например - выбросы, шумы, вибрации, излучение и т.д.

Показатели стандартизации и унификации, например, коэффициент повторяемости, коэффициент применяемости, коэффициент межпроектной унификации и др.

Карту технического уровня составляет и ведет головное предприятие – разработчик продукции с этапа разработки технического задания на продукцию до ее снятия с производства. Эта организация отвечает за полноту и достоверность данных в карте.

1.  Этапы создания металлургических машин
   1.  Уровни и этапы проектирования

При разработке сложных технических систем различают следующие уровни проектирования:

Системное, при котором определяют принципы построения, конфигурацию, структуру системы в целом, осуществляют увязку составных частей в комплекс.

Функциональное, при котором определяют структуру подсистем и составных частей, разрабатывают принципиальные схемы, осуществляют макетирование, проверку частных технических решений.

Техническое (конструирование), при котором решают задачи компоновки и размещения, производят выбор конструктивных элементов и материалов, осуществляют конструкторские расчеты, выпуск конструкторской документации для опытного образца.

Технологическое, при котором решаются задачи разработки технологии, технологической подготовки производства, проектирование инструмента и оснастки, вопросы выпуска технологической документации.

На каждом уровне работы выполняются определенными специалистами, объединенными в структурные подразделения КБ или НИИ: системного проектирования – тематические подразделения; функционального проектирования – подразделения разработчиков; технического проектирования – конструкторские подразделения (конструкторы); технологического проектирования – технологические подразделения (технологи). Это так называемый основной персонал – проектировщики. Кроме них в процессе разработки участвуют и другие подразделения проектной организации.

Процесс проектирования в целом можно условно разделить на четыре этапа: разработка технического предложения (аванпроекта); эскизного, технического и рабочего проектов. Содержание этих этапов определено соответствующими стандартами [].

Проектирование является сложным процессом, длительность которого, как свидетельствует опыт, определяет сроки создания сложных технических систем, достигающие в настоящее время 7-10 лет. Согласно опытным данным в условиях слабой автоматизации проектных процедур сроки проектирования иногда в 5-6 раз превышают сроки изготовления изделия "в металле". При этом 25-30% трудозатрат проектировщиков в среднем уходит на информационную работу, 30-40% на разработку технических решений и еще 30-35% - на организационно-технические работы.

Только автоматизированное проектирование призвано сократить сроки разработки проектов по крайней мере в 2-3 раза, а также увеличить до 70-80% долю трудозатрат на аналитическую работу и за счет этого повысить качество разрабатываемых проектов.

1.  Стадии и последовательность разработки конструкторской документации

Разработке подлежит та продукция (изделие), на которую поступил заказ (договор, контракт).

Кто заказывает продукцию? Функции заказчика может выполнять государственная, кооперативная, частная или общественная организация. Организация – заказчик представляет заявку, в которой оговорены основные характеристики (параметры), предлагаемого изделия, объем выпуска, потенциальные потребители и рынки сбыта, предприятие, изготовитель конечной продукции, иногда другие данные. Заказчик во всех случаях должен руководствоваться интересами потребителя. Проще говоря, обязанность заказчика – предъявлять разработчику исходные требования для разработки изделия. Заказчик отвечает за предъявленные требования, исходные данные к новому изделию и несет полную ответственность за использование изделия.

Кто потребляет вновь изготовленную продукцию? Как правило, основным потребителем продукции является заказчик или определенная им другая организация. Для изделий металлургического машиностроения потребителями являются предприятия металлургической промышленности. При инициативной разработке, основного потребителя, если он не установлен для данного вида продукции, определяет разработчик.

Разработчик – это министерство, подведомственные ему проектные, конструкторские, научно-исследовательские учреждения, осуществляющие разработку (документацию) в соответствии с заявкой (техническим заданием).

Потребитель продукции – это предприятия любой формы собственности или организации, которые покупают и используют вновь созданные изделия (машины, механизмы).

Изготовитель продукции – промышленное предприятие, которое изготавливает в конечном (товарном) виде продукцию. Это основной изготовитель, на которого работает десятки и сотни других предприятий-смежников.

Как свидетельствует опыт выполнения разработок исходными материалами для проектирования могут быть следующие:

1.  Техническое задание, выдаваемое планирующей организацией или заказчиком, и определяющие параметры машины, область и условия ее применения.
2.  Техническое предложение, выдвигаемое в инициативном порядке проектной организацией или группой конструкторов.
3.  Научно-исследовательская работа или созданный на ее основе экспериментальный образец.
4.  Изобретение.
5.  Образец зарубежной машины, подлежащий копированию или воспроизведению с переделками.

Постановка продукции на производство предусматривает: подготовку производства продукции и ее освоение, включающее отработку и проверку подготовительного процесса и овладение практическими приемами изготовления продукции со стабильными значениями показателей качества и в заданном объеме выпуска и проведение испытаний.

1.  Стадии разработки конструкторской документации

Рассмотрим теперь последовательность разработки проектной документации. Первичным, основополагающим источником (документом), которым руководствуются проектанты, приступая к разработке нового изделия является техническое задание (ТЗ). Оно представляет творческий поиск конструкторов в нужном направлении и утверждается лицом, отвечающем за технический уровень производства или отрасли, для которой предназначается машина.

Техническое задание на разработку проекта машины устанавливает следующий комплекс вопросов:

•  Цель создания машины (механизация новых или существующих производственных процессов или операций, замена морально устаревших машин и т.д.)
•  Параметры, режим и условия работы машины, увязку параметров с типажом;
•  Данные об экспериментальных работах, сравнительную оценку технического уровня машины;
•  Указания по принципиальному устройству машины и принципу ее действия;
•  Степень механизации и автоматизации машины;
•  Особые условия эксплуатации машины;
•  Перечень машин, которые будут работать на смежных операциях;
•  Сроки выполнения проекта;
•  Серийность выпуска;
•  Указания о наиболее вероятном заводе-изготовителе;
•  Технико-экономические требования к машине и проекту;
•  Выполнение необходимых стадий разработки конструкторской документации и ее состав, а также специальные требования к машине (изделию).

Разработке особо сложных изделий, требующих больших трудозатрат, предшествует разработка технического задания – разработка аванпроекта. Аванпроект позволяет более глубоко предварительно проработать комплекс вопросов, определяющих необходимость и целесообразность создания нового изделия.

Не допускается изменять техническое задание после представления опытного образца (опытной партии) на приемочные испытания.

Техническое предложение – начальная стадия проектирования. Разрабатывается в тех случаях, если это предусмотрено техническим заданием. Техническое предложение выполняют с целью выявления дополнительных и уточнения существующих требований к изделию. Техническое предложение – это совокупность конструкторских документов, которые должны содержать технические и технико-экономические обоснования целесообразности разработки изделия. Его выполняют на основании анализа технического задания заказчика и различных вариантов конструктивных решений изделия. Производят сравнительную оценку решений с учетом конструктивных и эксплуатационных особенностей разрабатываемого и существующих изделий, а также патентных материалов. Техническое предложение  является основанием для разработки эскизного проекта.

Конструкторский проект машины разрабатывается последовательно в трех стадиях: эскизный проект, технический проект, рабочий проект. Но на практике этот порядок может не всегда соблюдаться. В зависимости от степени ясности конструкции, ее простоты, личного опыта конструктора или каких-либо других обстоятельств, проект машины может выполняться в две стадии (технический и рабочий проект) или даже в одну стадию - рабочий проект.

Проектная конструкторская документация (техническое предложение, эскизный проект, технический проект) содержит данные, необходимые для разработки изделия.

Рабочая конструкторская документация содержит данные, необходимые для изготовления изделия (машины).

1.  Эскизный проект

Эскиз – (франц. Esquisse – предварительный набросок). Разработка эскизного проекта с присвоением документам литеры "Э", изготовление и испытание макетов (если этого требует разработчик), рассмотрение и его утверждение. "Э" – это совокупность конструкторских документов, дающих общее представление об устройстве и принципе работы, назначений, основных параметрах и габаритных размерах машины. В состав эскизного проекта может входить конструкторская документация макетов отдельных частей конструкции машины для проверки принципов работы, утвержденных в техническом предложении

Технический проект. Этапы: разработка технического проекта с присвоением документам литеры "Т", изготовление и испытание макетов, рассмотрение и утверждение технического проекта.

В отличие от эскизного проекта на стадии технического проекта все конструктивные решения должны разрабатываться полностью. При этом конструкторская документация проекта должна давать не общее, а полное и окончательное представление об устройстве машины, включая все необходимые данные для разработки рабочей документации и гарантийной прочности основных элементов конструкции при указанных в проекте размерах и сечениях деталей.

Утвержденный технический проект служит основанием для перехода на окончательную стадию разработки – рабочий проект, который предусматривает полную детализацию конструкции машины путем разработки чертежей на каждую деталь (кроме стандартных) входящую в нее и подлежащую изготовлению.

Разработка рабочей документации включает: документацию на опытный образец установленных серий, установившегося серийного или массового производства. Во всех случаях этапы: разработка, изготовление и заводские испытания опытного образца, установочной серии, головной (контрольной) серии и корректировка конструкторских документов.

Конструкторская документация эскизного, технического и рабочего проекта существенно различны:

Эскизный проект – общий вид машины (эскизный), кинематическая схема, общие виды основных узлов, пояснительная записка, расчеты.

Технический проект – чертеж общего вида машины и ее узлов, пояснительная записка.

На стадии рабочего проекта – чертежи общих видов, чертежи узлов деталей, спецификация деталей, кинематическая, электрическая схемы, циклограммы и др. Пояснительная записка с технической характеристикой и проверочными расчетами узлов и деталей, проект технических условий на изготовление, приемку, упаковку и транспортировку…

Параллельно с конструктивной разработкой машины производится технологическая ее разработка, а также подготовка производства. При этом на разных стадиях разработки степень участия двух групп специалистов – конструкторов и технологов - различна. Однако, грамотное, экономически выгодное решение возможно лишь при совместной согласованной их работе. Конструктор обязан знать технологические приемы и возможности также, как технолог должен понимать требования конструктора относительно обеспечения технологическими средствами надлежащего качества изделия.

В заключительной стадии производства КД изготовления и испытания опытных образцов – особенно проявляется необходимость совместной работы конструкторов и технологов: следует завершить окончательную технологическую отработку конструкции с учетом выявленной в процессе изготовления и, особенно, сборка всей машины в целом, а также сборочных единиц, необходимости изменений конструкторского и технологического характера.

В общей документации рабочего проекта чертежи деталей составляют 60-80%. Правильная разработка этих чертежей определяет точность практического воплощения конструкторского замысла "в металле" и предопределяет надежность и работоспособность будущей машины. Исходя из этого, ЕСКД предусматривает конкретные требования к рабочим чертежам (ГОСТ 2.107-68).

При разработке рабочих чертежей предусматривают:

1.  оптимальное применение стандартных и покупных изделий, освоенных ранее производством и соответствующих современному уровню техники;
2.  рационально ограниченную номенклатуру размеров, предельных отклонений, резьб, шлицев и других конструкторских элементов и сортаментов материалов и покрытий, а также необходимую степень взаимозаменяемости, наиболее оптимальные способы изготовления и ремонта изделий, а также максимальное удобство в эксплуатации.
3.  количество сборочных чертежей должно быть минимальным, но достаточным для проведения по ним рационального процесса сборки изделий.

На чертежах деталей машин должны быть все размеры, разрезы и сечения, необходимые для точного определения конфигурации этих изделий. Кроме того, на этих чертежах должен быть указан материал, из которого изготовляются детали, шероховатость поверхности из элементов после механической обработки, вид термической обработки, твердость после термической обработки, а также данные о допускаемых отклонениях размеров или геометрической формы (несоосность осей диаметров, непараллельность плоскостей или осей относительно друг друга и т.д.).

1.  Хранение конструкторской документации ГОСТ 2.501-68

Все имеющиеся на предприятии подлинники, дубликаты и копии конструкторских документов подлежат учету и хранению в отделе технической документации (ОТД) или бюро технической документации (БТД) предприятия.

Подлинники хранят в ОТД разработчика, а при производстве – в ОТД изготовителей. Они должны соответствовать требованиям ГОСТ 2.102-68, сдаются на хранение с подписями лиц, осуществивших нормоконтроль. Специальная регистрация (к-во, формат), присвоение инвентарного номера (если листов много – этот номер на все листы).

Учет подлинников ведется на карточках учета, хранимых в отделах. Выдача подлинников для снятия копий и изготовление дубликатов производится по наряду на изготовление копий. При аннулировании и замене подлинники хранят отдельно от действующих. Подлинники, пришедшие в негодность или утерянные, должны быть восстановлены, если это необходимо. Они действуют на правах замененных подлинников, т.к. они должны быть точной копией восстанавливаемого подлинника. Заносят только те изменения, что были последними. Подписи написаны чертежным шрифтом и заключены в круглые скобки. Их заверяют ответственным лицом, выпустившим подлинник. На старом ставят штамп "Заменен восстановленным подлинником №…" с указанием порядкового номера восстановленного, а на новом – "Восстановленный подлинник №".

Копии поступают в бюро копий. Рекомендуется хранить архивные, контрольные и рабочие копии документов. В архивные копии изменения не вносят. Штапм "Архивный экземпляр". Контрольные экземпляры служат для справок или сверки конструкторской документации, хранят отдельно от других копий и из архива не выдаются. Имеют штапм: "Контрольный экземпляр". Рабочие копии выдают в группы рабочих копий или исполнителям для оперативных нужд на определенный срок.

1.  Методы испытания новой продукции

Изготовление, испытания и доводка являются завершающим этапом создания новой продукции (машины). Проверку реализации конструкторской разработки (конструкторской документации) проводят на одном опытном образце, что наиболее характерно для металлургического машиностроения. На этом, заключительном этапе создания машины одновременно с качеством конструкторской документации, воплощенной в металле, оцениваются инженерные замыслы и конструкторские решения, заложенные в проект при разработке. Поэтому он является для конструкторов-разработчиков своеобразной школой, помогающей вскрывать и анализировать свои ошибки, которые, к сожалению, неизбежны.

Опытные образцы машин подвергают следующим испытаниям: стендовым, полигонным и приемо-сдаточным.

Стендовые испытания – проверка взаимодействия всех составных частей в работе, их приработки, снятия основных характеристик машины и выявления дефектов.

Полигонные испытания в две стадии: обкатка машины и опробование рабочих органов в условиях производства, в котором ей работать; проверка надежности соответствия проектных характеристик требованиям эксплуатации. Как правило, полигонным испытаниям подвергаются мобильные машины. Осуществляются эти испытания комиссией, которую возглавляет главный конструктор рабочего проекта машины. В состав комиссии входят работники КБ, представители экспериментального цеха, а также работники ОТК завода-изготовителя. Методику полигонных испытаний утверждает руководитель завода. Методика полигонных испытаний должна предусматривать несколько вариантов условий и режимов работы машины, возникновение которых возможно в практике эксплуатации.

Обкатка необходима для приработки сочленений и позволяет значительно снизить влияние погрешностей изготовления и сборки на работу машины. Время обкатки регламентируется соответствующими нормативами в зависимости от типа и назначения машин. Обычно обкатку заканчивают, когда шум и температура движущихся частей достигают нормы.

Опробованием работы машины в производственных условиях определяют не только работоспособность, но и выявляют конструктивные недочеты.

Замечания о недостатках конструкции (отдельных узлов, деталей) фиксируют в журнале наблюдений, что служит основанием для совершенствования и отладки машины. Длительность полигонных испытаний 100-200 часов. В ходе этих испытаний по фактическим замерам уточняют техническую производительность машины. Результаты полигонных испытаний актируются и рассматриваются техсоветами организаций. При положительных результатах полигонных испытаний опытный образец после окончательной доводки предъявляют на приемо-сдаточные (межведомственные) испытания, проводимые комиссией из представителей машиностроения и той отрасли, для которой предназначена машина. Методика и длительность испытаний согласуется представителями этих отраслей и утверждается их руководителями.

Для приемо-сдаточных испытаний особо важных машин или выпускаемых крупными сериями назначается Государственная комиссия. Основная цель приемо-сдаточных испытаний - окончательная проверка на практике соответствия созданной машины технико-экономическим и эксплуатационным требованиям. На основе этих испытаний окончательно определяют техническую и эксплуатационную производительности, ресурс работы машины, показатели технической эстетики и безопасности труда, степень автоматизации, удельные эксплуатационные затраты и др.

В случае несоответствия машины поставленным требованиям комиссия принимает решение о доработке конструкции опытного образца с последующим повторным испытанием. Опытные образцы после приемо-сдаточных испытаний приводятся в техническое состояние и сдаются в эксплуатацию заказчику.

Материалы всех методов испытаний образца новых машин тщательно анализируются и являются важной информацией для совершенствования конструкции данной и последующих модификаций машин.

1. Всемирное Воздвижение Креста Господня
2. Эволюционное учение Кафедра биологи МГМСУ А
3. ТЮМЕНСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ УТВЕРЖДАЮ ПРОРЕКТОР по учебной работе Л
4. РЕКЛАМНЫЙ ТЕКСТ КОПИРАЙТИНГ
5. Организационные меры повышения экономической эффективност
6. Лекция XII. Правовые основы участия ЕС во внешних сношениях Римский Договор о праве ЕС на участие во внешни
7. О федеральном бюджете на 2011 год и на плановый период 2012 и 2013 годов
8. Технология программирования
9. Электроэнергетическое хозяйство РФ
10. 12 ~ по дивидендам и приравненным к ним доходам по доходам от отчуждения долей паев акций организаций н
11. Реферат- Филиппо Брунеллески
12. Лабораторная работа 1 Знакомство со средой Dеlphi
13. ХристуПою стихи на лире богомольной
14. Вариант 20 Исходные данные- нА В Расчет вольт амперной характеристики проведем в соответствии с.html
15. Він українець свідомий українець усею душею відданий своїй країні та своєму народові і се в Росії тип пок.
16. Реферат- Маркетинговое исследование
17. ТЕМА- АНАТОМОФІЗІОЛОГІЧНІ ОСОБЛИВОСТІ НЕДОНОШЕНОЇ ДИТИНИ ТА ДОГЛЯД ЗА НЕЮ Оснащення- кювез грілки міху
18. Пути повышения эффективности сбытовой деятельност
19. Тема - Загальна характеристика умов праці та забезпечення безпечних і здорових умов прац
20. Тема 4.6. Комбікормові заводи і цехи 6

Материалы собраны группой SamZan и находятся в свободном доступе