Предпроектные исследования. Презентация по технологии на тему "Проектирование образцов будущего изделия" (8 класс) Творческое проектирование этапы разработки и изготовление изделия

История развития мебели.

Мебель в интерьере занимает значительное пространство, особенно в интерьерах жилых помещений. Она выступает активной составляющей композиции и играет большую роль в художественной организации интерьера.

Мебель - (от франц. meuble, от лат. mobius - подвижный)- оборудование, предназначенное для размещения на нем или за ним людей и разнообразных элементов предметного наполнения интерьера.

Многие виды мебели появились еще в древности. За тысячелетия они приобрели устойчивые формы (см. статьи История развития мебели, Стилистические особенности в различные исторические эпохи (на примере стула)). Однако, с появлением новых технологий и материалов (пластмасса, эластичные пористые массы, синтетические ткани) получили распространение новые разновидности мебели. Например, новые по форме кресла на роликах с регулируемыми по высоте и углу наклона спинки с сиденьем.

Проектирование мебели относится к промышленному дизайну. Процесс проектирования и конструирования мебели, как и процесс проектирования любого другого промышленного изделия, расчленяется на этапы, каждый из которых имеет свои задачи, особенности и результаты. Результаты отражаются, фиксируются в соответствии нормативной документации и материалах. Здесь следует различать два понятия: проектирование и конструирование. Проектирование – более широкое понятие, чем конструирование. Оно заключается в разработке проекта. Под проектом понимается замысел, идея, образ, включающие их первоначальное описание, обоснование, предварительные расчеты и чертежи. Конструирование - завершающая часть проектирования. Под конструированием изделий понимается процесс создания конструкторской документации на них. Предполагаются проведение расчетов и разработка совокупности конструкторских документов, содержащих необходимые данные для изготовления образцов, освоения производства, контроля, приемки, поставки и эксплуатации изделия, включая его ремонт. Часто эти слова понимаются как синонимы, особенно в учебном проектировании, когда студент выступает в роли дизайнера и конструктора одновременно.

1. Подготовительный этап. На этом этапе работают маркетологи. Они изучают рынок, определяют вид изделия, предполагаемого к продаже, и требования к нему рынка. Также маркетологи выбирают дизайнера, который в тесном сотрудничестве с ними, конструкторами, технологами, экономистами, социологами, специалистами по сбыту и пр., учитывая все антропометрические и функциональные требования, создает проект нового изделия.

2.Проект нового изделия. Завершающей частью проекта является техническое задание.

3.Техническое задание (ТЗ) – документ для разработки (конструирования) изделия и технической документации.Устанавливает требования, объем, стадии разработки и состав конструкторской документации. Задача конструктора, получившего в свои руки ТЗ, - найти на его основе правильные технические решения и разработать комплект технической документации на изделие.
Прежде всего, проводится анализ технического задания. В нем может быть масса неясностей и непонятных мест. Все это должно быть уточнено с его автором-дизайнером. Затем конструктор определяет основные требования к объекту конструирования и основные принципы его работы.
Следующий этап - выявление уже существующих технических решений аналогов. При этом с использованием каталогов, проспектов или интернет-сайтов производится подбор различных вариантов конструкции, относящихся к объекту и его основному принципу и близких к ним. Изучение информации обычно приводит к обеспечению конструктивной преемственности - использованию при разработке предшествующего опыта по профилю специализации и смежных отраслей, введение в конструкцию разрабатываемого объекта всего полезного, что имеется в существующих конструкциях.
На этом этапе проектирования, конструктор представляет себя на месте пользователя для анализа поведения людей, которые будут взаимодействовать с проектируемым объектом, и как способ решения технических задач. При этом, конструктор учитывает все антропометрические и функциональные размеры.. Важно и просто оценить размеры мебели, на которой и за которой будут сидеть, а также габариты вещей, которые будут в ней храниться. Часто дизайнер разрабатывает внешнюю форму, а внутреннюю форму, в том числе размеры внутренних ящиков, отсеков для хранения вещей рассчитывает конструктор. Исследования набора предметов, используемых людьми разного пола и возраста, существуют, но показатели быстро устаревают, т.к. появляются новые предметы обихода и меняются размеры существующих.

На этапе разработки ТЗ в изделии, вне зависимости от сложности предложенной дизайнером, должны быть заложены максимальные простота и технологичность конструкции. Обеспечение надежности и безопасности изделий - важное требование. Оно должно достигаться даже вне зависимости от художественного решения, предложенного дизайнером. Одновременно конструктор должен помнить и об экономии материалов. Например, на этапе предварительного конструирования корпусной мебели время от времени прикидывается с использованием компьютерных программ, как ее детали ложатся на карты раскроя, каков их полезный выход из плит формата, используемого предприятием.
Уже на самых первых этапах конструирования следует предусматривать возможную будущую вариантность изделия, например за счет использования различных фурнитуры и комплектующих, изменения фасадов, обивки или цветовых решений.

4. Техническое предположение (ТП). По результатом анализа ТЗ, сбора данных об аналогах и первоначальных проработках дизайнерского проекта составляется ТП. Техническое предложение (ТП) - это проектная конструкторская документация, содержащая техническое и технико-экономическое обоснования целесообразности разработки изделия на основании анализа технического задания и проработки возможных
вариантов конструкции изделия.
Это означает, что на этом этапе к разработке документации привлекаются технологи, помогающие определить расход материалов и комплектующих, и экономисты- для грамотного расчета себестоимости.
Уточненный образ нового изделия может быть представлен в виде чертежей, рисунков, объемных изображений или макетов в натурном или уменьшенном масштабе. При этом ТП фактически совмещается с разработкой технического проекта.

5. Технический проект. Работа над техническим проектом (ПТ) начинается после одобрения технического предложения, с учетом высказанных при этом замечаний и пожеланий сбытовиков, дизайнера, технологов и экономистов. Под техническим проектом понимается проектная конструкторская документация, содержащая окончательные конструктивные решения, достаточные для получения полного представления о конструкции и значениях показателей качества изделия.
Очень важно, чтобы разрабатывающий его конструктор, так же как и дизайнер, владел понятием композиции, определяющей структуру и взаимосвязь важнейших элементов объекта, которыми определяется его смысл и выражается замысел. «…Немногие конструкторы-мебельщики, закончившие технические вузы, могут похвастаться знанием предметов, обычно изучаемых в художественных и архитектурных вузах. И у них есть только один путь - самообразование. Конструктору необходимо изучить все
то, что преподается сегодня архитекторам и дизайнерам, постоянно следить за тенденциями моды, появлением новых материалов, держать у себя на столе новые каталоги изготовителей фурнитуры и комплектующих, регулярно посещать мебельные выставки и магазины».

Разработка технического проекта заканчивается подготовкой чертежей, на основании которых изготавливается натурный экспериментальный образец изделия. Его изготовление производиться не вручную, а на имеющемся у предприятия оборудовании или с полной имитацией используемой технологии - только в этом случае можно проверить пригодность разрабатываемого изделия к освоению его производства. Кроме того, изготовление образца происходит под постоянным непосредственным наблюдением конструктора, контролирующего наличие своих ошибок и оценивающего технологичность разработанного им изделия.
После обсуждения образца с участием тех же специалистов и при тех же условиях, что и рассмотрение ТП, одобренный технический проект с учтенными в нем замечаниями является основанием для разработки рабочей конструкторской документации.

6. Рабочий проект. Рабочая конструкторская документация - это конструкторская документация, разработанная на основе технического задания и конструкторской документации технического проекта, предназначенная
для обеспечения изготовления, контроля, приемки, поставки, эксплуатации и ремонтов изделия.
Ее комплект должен включать рабочие чертежи деталей, сборочные чертежи, схемы, спецификации и перечни (ведомости) покупных и комплектующих изделий, чертежи упаковки, инструкцию по сборке изделия потребителем и т. д.
Все чертежи изделий серийного и мелкосерийного производства, подлежащих сертификации, должны быть выполнены в соответствии с требованиями Единой системы конструкторской документации (ЕСКД).

Художественное проектирование -- это процесс создания промышленной продукции, предназначенной для использования человеком. Проектирование включает анализ проектного задания, обобщение материала, выполнение эскиза, макета, расчет технологического процесса, художественное конструирование, изучение социологических и экономических требований.

Основными этапами художественного проектирования являются:

Анализ пред-проектной ситуации. При пред-проектном анализе (пред-проектных исследованиях), проводимом на начальном этапе проектирования, сопоставляются данные о желаемых функциях вещи, комплексе вещей или среды, об облике проектируемого изделия и среды, о способе изготовления, наличии аналогов предполагаемого объекта (аналог -- изделие, сходное с проектируемым по функциональному назначению, принципу действия, условиям применения). Пред - проектный анализ выявляет недостатки существующих изделий, пожелания потребителей.

Синтез результатов пред-проектного анализа в определенных типах формообразования. После проведенного пред-проектного анализа результаты синтезируются путем овеществления (структурообразования) и гармонизации (композиции) объекта.

Разработка творческой концепции. В процессе синтеза формируется творческая концепция -- важнейшее звено решения дизайнерской задачи. Концепция в дизайне -- основная идея, смысловая направленность целей, задач и средств проектирования.

Методы проектирования.

Методы проектирования нужно рассмотреть подробнее. Итак, проектирование дает полезный эффект в том случае, если мышление дизайнера развито в профессиональном направлении и сам дизайнер обладает следующими качествами: способность увидеть и четко сформулировать задачу; способность бегло выработать наибольшее количество идей за ограниченное время; умением отыскать оригинальные решения; умением быстро придумывать самые невероятные решения заданной проблемы.

Методика художественного проектирования формировалась в результате обобщения опыта работы многих профессиональных дизайнеров. Она закрепляет положения и принципы, характеризующие отличие современного дизайна от материально-художественного творчества прошлого. Эти отличия существуют в характере и сложности решаемых задач, научного и технического обеспечения, взаимоотношения дизайнера с производством.

Основой сложной методической организации процесса проектирования выступают два метода: эскизно-графический и объемный (моделировании в 3-D Мах), дополняющие друг друга. Эти методы используются при разработке:

1) Отдельного изделия

2) Комплекса изделий

3) Серии модификаций базовой модели

4) Системы элементов фирменного стиля предприятия или организации.

Этапы разработки дизайн-проекта

1. Разработка эскизного проекта.

Это самый трудный для дизайнера и самый приятный для клиента этап совместной работы. Однако именно от его точности зависит конечный результат. На данном этапе знакомятся с заказчиком и беседуем о том, каким он видит будущий интерьер помещения, какие нравятся стили и цветовые решения. В результате дизайнер прорабатывает основную идею, концепцию будущего интерьера и воплощает ее в виде эскизного проекта. При этом создается несколько эскизов с учетом пожеланий заказчика и функциональных возможностей помещения. Не смотря на то, что эскиз еще далек от совершенства готового дизайн-проекта, именно на данном этапе закладываются его самые важные основы - функциональность, комфортность и стиль.

2. Визуализация.

После выбора и утверждения заказчиком одного из вариантов эскизного проекта переходят к дальнейшим действиям - визуализации. Визуализация - это представление будущего интерьера помещения в объемной 3D-модели. Именно на этом этапе заказчик понимает, что он получит в действительности. Благодаря компьютерных технологиям, можно «прогуляться» по обновленной квартире. При этом гибкость 3D-модели позволяет вносить какие-либо изменения прямо на месте, не отходя от компьютера.

3. Создание рабочего проекта.

Данный этап начинается с разработки технической документации, чертежей коммуникаций, подбора и расчета количества материалов.

4. Подготовка проектов коммуникаций.

Все коммуникации должны быть не только современными, удобными, надежными, но и согласованными со всеми необходимыми службами. От этого зависит безопасность людей, проживающих или работающих в помещении.

Авторский надзор - это контроль со стороны авторов дизайн-проекта, проектной организации за соответствием создаваемого, строящегося объекта проектным решениям, принятым в ходе проектирования и зафиксированным в документации. Он дает гарантию того, что проект будет реализован именно в том виде, в каком он был спроектирован, изменен или дополнен его автором, и включает в себя такие услуги, как:

o плановое (как правило, два раза в неделю) посещение объекта

o необходимое корректирование и дополнение рабочей документации

o консультации заказчика

o соответствие выбранного колористического решения его исполнению

o соответствие отделочных материалов выбранным образцам

o контроль за выполнением текстильного заказа (поставка тканей, пошив и др.)

o размещение декоративных элементов в интерьере (картины, вазы, зеркала и т.д.)

Это важный этап в создании дизайн-проекта интерьера, когда помещение украшается и дополняется деталями.

Этапы разработки дизайн-проекта можно условно считать последовательными, но иногда они происходят параллельно, что хорошо видно из табл. 4 (см. предыдущий параграф). В таблице указаны этапы разработки дизайн-проектов объектов технологической деятельности (графа «Результаты работы художника-конструктора») и пять стадий инженерного проектирования промышленных изделий (графа «Стадии инженерного проектирования»): техническое задание, техническое предложение, эскизный проект, технический проект, разработка рабочей документации.

Этапы дизайн-проектирования, по сути, сливаются в единый процесс с инженерным и начинаются еще до составления технического задания, а заканчиваются доводкой опытного образца к производству. Инженерное и дизайн-проектирования создают процесс разработки исключительно полезных изделий, которые являются удобными в эксплуатации, технически совершенными, экономичными и красивыми. Однако художественное конструирование имеет собственные особые задачи, поэтому процесс разработки дизайн-проекта осуществляется обособленно от процесса инженерного технического проектирования.

С учетом этих особенностей рассмотрим этапы дизайн-проектирования.

I. Предварительный анализ и составление технического задания. Дизайнер должен участвовать в составлении технического задания на проектирование, поскольку в техническом задании должны быть указаны требования дизайна, которые относятся к объекту проектирования. В ряде случаев составление технического задания включает предварительный анализ изделий. На этом этапе дизайнер изучает прототипы и формулирует общие задачи на основе предварительного анализа прототипов. Кроме того, дизайнер должен знать и учитывать: технические возможности предприятия, перспективы

техники и технологии, прогрессивные современные методы промышленного производства. Выполненные исследования помогают дизайнеру сформулировать художественно-конструкторскую проблему и определить возможные способы ее решения. На этом этапе дизайнер совместно с инженерами формулирует необходимые требования, связанные с основными функциями объекта проектирования.

II. Предварительный анализ и разработка художественно - конструкторской предложения. После получения технического задания на проектирование дизайнер начинает разрабатывать предварительную художественно-конструкторскую предложение. Этот процесс происходит параллельно с углубленным анализом исходных проектных данных. Варианты предложений оцениваются по результатам анализа.

Большое значение на этом этапе проектирования имеет эффективный сбор информации. Здесь можно использовать разнообразные методы решения

творческих задач (метод мозговой атаки, метод фантастических аналогий, бионика и др). На основе собранной информации составляется перечень условий, которые непосредственно влияют на качество объекта проектирования. Эти условия объединяются в группы - согласно проблемных направлений работы. Результатом этого этапа работы дизайнера есть обоснованные варианты художественно-конструкторских предложений.

III. Эскизный проект. Этап эскизного проектирования - один из важнейших моментов художественного конструирования. Эскизный проект - окончательный вариант творческой предложения художника-конструктора, который должен полностью определить все характеристики изделия, что проектируется.

Изучая конструктивные схемы изделий-аналогов, дизайнер должен тщательно изучить степень рациональности компоновки узлов, связей с энергетическими источниками и такими показателями изделий, как масса, габариты, прочность, мощность, производительность, стоимость изготовления с учетом ремонта, соответствие потребительским требованиям и тому подобное.

На завершающем этапе процесс окончательного компоновка изделия (прототипа изделия) осуществляется одновременно дизайнером и инженером - конструктором, который уточняет составляющие основных узлов, входящих в изделие, их габариты и схематическое компоновка.

Компоновка - один из самых ответственных моментов в разработке художественно-конструкторских предложений и эскизов. Узлы рабочего механизма и элементы формы компонуются в различных вариантах, осуществляется поиск рациональных и композиционно целостных решений. Дизайнер должен определить возможные варианты компоновки и соответствующие композиционные решения, и только после этого инженер обрабатывает выбранные варианты, осуществляет приблизительный расчет конструкции.

Во время эскизного проектирования применяют две специальные проектные языка, которые дополняют эвристические возможности друг друга, то есть возможности, связанные с творческим поиском наилучшего решения проектной задачи. Это язык проектной графики и язык так называемого объемного проектирования - макетирования и моделирования. Эскизы выполняют на бумаге в черно-белом изображении или в цвете. Основным методом поиска дизайнера является макетирования и моделирования. Модель создает наиболее реальное представление об объекте проектирования, помогает лучше понять связь изделия с человеком и средой.

Для определения варианта (вариантов) эскизного художественно-конструкторского проекта необходимо иметь следующую информацию:

а) краткое описание вариантов с обоснованием каждого;

б) перечень информационного и научного материалов, которые были использованы;

в) макеты и модели, которые были выполнены на этапе художественно-конструкторского эскизирования;

г) схемы эргономических обоснований;

д) цветовые таблицы и тому подобное.

Конечный вариант художественно-конструкторской предложения должен отвечать всему комплексу требований и условий проектного задания.

IV. Художественно конструкторский проект. Характерная особенность этого этапа - объем работы, которую выполняет инженер-конструктор, значительно больший, чем у дизайнера, - выбранный вариант художественно - конструкторской предложения прежде всего прорабатывается технически. При этом много времени отводится объемному моделированию изделия и его отдельных элементов, уточнению общей композиции, компоновке элементов промышленной графики (тестирование, цифровые таблички, щиты управления и контроля, шкалы и тому подобное). Макеты выполняют в натуральном размере.

На этом этапе художественного конструирования дизайнер должен выполнить чертежи общего вида согласно последнего утвержденного варианта, представить схему окраски и рекомендации по использованию отделочных материалов. Процесс утверждения проекта требует тщательного анализа всей проектной документации.

В состав художественно-конструкторского проекта входят следующие материалы:

1. Пояснительная записка, которая содержит: информацию о задаче, которая была поставлена перед дизайнером; требования по художественно-конструкторского разработки; характеристика основных тенденций формообразования изделия; подробное описание художественно-конструкторского проекта, его технико-экономическое и эргономическое обоснование, анализ перспективного экономического эффекта; сравнительные компоновочные схемы; требования по технологии изготовления объекта проектирования; характеристика отделочных материалов.

2. Выписка из протокола об утверждении художественно-конструкторской предложения.

3. Чертежи общего вида изделия и узлов, перспективное или аксонометрическое изображение объекта проектирования, рисунки.

4. Фотоснимки или компьютерные варианты изображений макетов изделий и рисунков в соответствии с разных этапов разработки.

5. Фотоснимки или компьютерные варианты изображений прототипов.

6. Эталон внешнего вида объекта технологической деятельности или макет.

обрабатывает чертежи и принципы систематизации сложных поверхностей изделия, составляет сопроводительную документацию, разрабатывает рабочие чертежи, по которым изготавливают изделие.

При разработке рабочих чертежей на дизайнера возлагается очень большая ответственность. Он должен следить за исполнением рабочих чертежей тех деталей и узлов, которые могут воздействовать на удобство эксплуатации и внешний вид изделия.

Дизайнер принимает активное участие в изготовлении опытного образца и его испытании. Качество опытного образца проверяют в реальных условиях эксплуатации с учетом требований, которые являются основой проектирования. Дизайнер и инженер-конструктор осуществляют авторский надзор за реализацией проекта в условиях производства. Надзор является также вважливою частью процесса создания нового изделия.

VI. Экспертиза. В результате проведенного комплексного учета всех требований и согласования отдельных требований между собой дизайнер должен внести в проект такие качества объекта, которые должны сделать его оптимальным для потребления.

Возникает вопрос: как одновременно отвечать всем требованиям дизайна и всем остальным, что были указаны ранее? Как эти требования могут быть реализованы практически в процессе художественного проектирования? Как эти требования воплощаются в результате проектной деятельности в новую форму существования - в новую вещь?

Для того чтобы представить будущее изделие или комплекс изделий, дизайнеру нужно знать, как эти объекты будут комплектоваться между собой. То есть в каждом конкретном проектном задании должны учитываться не только требования к конкретным объектам технологической деятельности, но и требования к группе однотипных изделий. В этом случае возникает проблема создания так называемой оптимальной номенклатуры изделий и оптимального ассортимента изделий.

В процессе разработки оптимальной номенклатуры изделий возникает необходимость оценки тех изделий, которые сейчас производятся, и тех, что являются новыми объектами технологической деятельности. Поэтому экспертиза промышленных изделий и объектов проектирования, которая осуществляется на основе многогранного изучения моделей, изготавливаемых, и сравнение их с лучшими отечественными и зарубежными образцами - это необходимое звено в процессе уточнения общих требований, предъявляемых к ним. Следовательно, экспертиза должна проводиться комплексно (рис. 44).

В процессе экспертизы объект оценивается по разным аспектам в плане технологического усовершенствования, удобства пользования, оптимальности рыночной стоимости, оценки пользователя с точки зрения целесообразности и красоты. Одновременно определяется, насколько объект проектирования по своим показателям является рациональным с точки зрения интересов развития современного хозяйства.

Результаты экспертизы и общие тенденции развития, а также требования к определенной группе изделий уточняются при помощи экспериментального проектирования и благодаря изучению потребительских предпочтений и предложений. Результатом выявления требований дизайна относятся к объектам технологической деятельности, является то, что может иметь название «предпроектное предложение» и определять главное направление в процессе дизайн-проектирования.

Рис. 44. Схема экспертизы объектов технологической деятельности

В остальной части данной главы освещаются этапы проектирования операционной системы. Эти этапы включают в себя проектирование изделий и процессов производства, определение производственных мощностей, места их расположения, проектирование предприятия и разработку производственных операций. В этом разделе рассматриваются вопросы проектирования изделий и процессов для производств, ориентированных на выпуск товаров. В следующем разделе обсуждаются вопросы проектирования продукции и процессов в сфере предоставления услуг.

Критерии и выбор проектов

ПРОЕКТИРОВАНИЕ ИЗДЕЛИЙ. Проектирование изделий должно быть нацелено на удовлетворение потребностей покупателей. Для анализа конкретных требований потребителя к данному изделию разработчик должен рассмотреть относительную значимость следующих критериев проектирования изделий:

1. Стоимость.

2. Экономичность эксплуатации.

3. Качество.

4. Элементы роскоши.

5. Размер, мощность или прочность.

6. Срок службы.

7. Надежность в эксплуатации.

8. Требования к обслуживанию, его простота.

9. Универсальность использования.

10. Безопасность эксплуатации.

Для того чтобы получить нужные характеристики изделия, разработчик в ходе проектирования должен сделать выбор вариантов в следующих областях

1. Размеры и формы.

2. Материалы.

3. Соотношение стандартных и специфических элементов.

4. Модульные компоненты.

5. Избыточные компоненты для повышения надежности.

6. Элементы безопасности.

Ясно, что между критериями проектирования изделия и возможными вариантами выбора существуют определенные компромиссы. Так, например, установка кондиционера в автомашине сделает ее более роскошной, но увеличит объем обслуживания. Аналогичным образом применение более толстых листов металла для корпуса увеличит срок службы автомобиля и повысит его безопасность, но и приведет к его удорожанию и, возможно, к уменьшению пробега на один галлон горючего.

ПРОЕКТИРОВАНИЕ ПРОЦЕССА ПРОИЗВОДСТВА. Когда изделие спроектировано, необходимо определить этапы процесса производства этого изделия. Как и при проектировании изделия, разработчик процесса должен рассмотреть относительную значимость следующих критериев проектирования процесса производства:

1. Производственная мощность.

2. Экономическая эффективность.

3. Гибкость.

4. Производительность.

5. Надежность.

6. Ремонтопригодность.

7. Стандартизация и постоянство результатов.

8. Безопасность и промышленная санитария и гигиена.

9. Удовлетворение жизненных потребностей рабочих.

Чтобы обеспечить нужные характеристики процесса, разработчик должен сделать выбор вариантов в следующих областях:

1. Тип перерабатывающей системы (проектная система, мелкосерийное производство, массовое производство, непрерывный процесс, комбинация вышеперечисленных вариантов).

2. Собственное производство или приобретение некоторых комплектующих изделий.

3. Выполнение некоторых задач своими средствами или передача их субподрядчикам.

4. Методы переработки (например, окраску можно вести распылением, кистью, окунанием).

5. Степень механизации и автоматизации.

6. Степень специализации труда рабочих.

Вполне очевидно, что разработка изделия влияет и на проектирование процесса. Так, например, процесс приготовления стандартных бутербродов нельзя эффективно применить для приготовления бутербродов по заказу отдельных клиентов. Поэтому разработчики изделий и разработчики процесса должны тесно сотрудничать друг с другом. Они должны полностью понимать, какие именно потребности клиентов собирается удовлетворить операционная система и какая именно выраженная компетентность поможет добиться нужной конкурентоспособности.

Жизненный цикл изделия и процесса

По мере прохождения изделия по циклу своей жизни процесс, посредством которого произведено данное изделие, тоже должен развиваться вполне предсказуемым образом. Если жизненный цикл процесса будет развиваться не в ногу с жизненным циклом изделия, конкурентоспособность организации может быть серьезно подорвана.

На начальной стадии жизненного цикла изделия объемы его продаж низки. Конструкция изделия может быть еще не вполне стабильной, а конкурентоспособность основываться на его отличительных признаках, а не на цене. На этой стадии процесс производства должен быть достаточно гибким, чтобы его можно было быстро изменить в соответствии с изменениями в конструкции изделия. Способность производить в больших количествах и с высокой экономической эффективностью не очень важна. Процесс в это время может быть трудоемким, мелкосерийным и неавтоматизированным.

В процессе усовершенствования продукта его конструкция будет стандартизироваться все в большей мере, объемы сбыта возрастут. Основным фактором конкурентоспособности при этом, видимо, станет цена. Вопросы экономической эффективности и стабильности выпуска продукции приобретут важнейшее значение. Процесс производства при этом станет капиталоемким, высокоавтоматизированным, нацеленным на массовый выпуск продукции.

Замечательный пример этой концепции жизненного ЦИКЛА ИЗДЕЛИЕ - ПРОЦЕСС в последние годы продемонстрировала промышленность по выпуску персональных компьютеров. По мере становления изделия возросли объемы продаж и цены на персональные ЭВМ сильно упали. Чтобы сохранить конкурентоспособность «Ай Би Эм», «Эппл» и другие изготовители персональных компьютеров заменили трудоемкое производство высокоавтоматизированными заводами.

Современный уровень развития производственных систем

Прогресс в повышении быстродействия компьютеров и в их применении привел к революции в проектировании производственных систем. В этом разделе мы коснемся рада технологий, основанных на использовании компьютеров, применяемых в производствах, ориентированных на выпуск товаров.

Система автоматизированного проектирования (САПР) позволяет разработчику технических изделий работать с терминалом компьютера и создавать необходимую документацию, которую раньше приходилось выполнять вручную. Ее можно хранить в памяти компьютера, легко извлекать оттуда и вносить необходимые изменения. Когда нужно, компьютер может перенести чертежи на бумажный носитель. Он позволяет резко ускорить дело разработки и вычерчивания проекта и дает большие возможности для проработки различных вариантов. Кроме того, по мере разработки проекта компьютер может вести проверку на отсутствие некоторых видов ошибок.

Автоматизированная система управления производством (АСУП). Под нею понимается целый ряд технологий, позволяющих управлять и контролировать работу производственного оборудования при помощи компьютера. Эта технология идет дальше обычной автоматизации в основном за счет обеспечения гибкости производственного процесса. Компьютер может передать на управляемую им единицу оборудования новый набор команд и изменить выполняемую оборудованием задачу.

РОБОТЫ представляют собой программируемые устройства, манипулирующие материалами и рабочими инструментами, что раньше приходилось делать силами рабочих. Применение роботов особенно эффективно на монотонных, часто повторяющихся операциях, утомительных и изнурительных для рабочих; для выполнения операций, где требуется высокая степень стабильности, а также работ, опасных или неудобных для человека. Отличительным свойством роботов является также то, что их можно перепрограммировать и при необходимости «научить» новой работе.

Системы, автоматического складирования и выдачи товаров (САС) или «автоматизированные склады» предусматривают использование управляемых компьютером подъемно-транспортных устройств, которые закладывают изделия в склад и извлекают их оттуда по команде. Компьютер также следит за тем, где именно находится каждое изделие. Эти системы не только исключают ручной труд, но и позволяют экономить складские площади, ускорять складские операции и улучшать контроль за материально-техническими запасами.

Общей чертой новых технологий является то, что они повышают гибкость производства. Производственные процессы, в которых объединены все эти технологии, называются гибкими производственными системами (ГПС). Их достоинством является высокая степень автоматизации без потери гибкости. ГПС позволяют сократить затраты на переналадку оборудования что обеспечивает экономичность производства небольших партий изделий. Технические возможности и конкурентные достоинства ГПС первыми признали японцы. Производители США все еще пытаются сравняться с ними в реализации и эффективном применении этих технологий.

Сочетание названных выше технологий в системе, работающей под управлением интегрированной информационной управляющей системы, называется интегрированной автоматизированной системой управления производством (ИАСУП). И хотя такая система пока в основном еще видится лишь на уровне концептуальной проработки, необходимые составляющие ее технологии уже реально существуют. Проблема заключается в том, чтобы осуществить интеграцию и реализовать управление всеми этими технологиями в единой системе. Многие прогрессивные промышленные компании с энтузиазмом работают над созданием «завода будущего».

Основные стадии проектирования и конструирования изделий представлены на Рис. 3.7:

Стадии проектирования и конструирования изделий

Рис. 3.7. Стадии проектирования и конструирования

Краткий перечень работ, выполняемых в процессе проектирования и конструирования

Определение точного целевого назначения изделия. Это первая задача конструктора. Для рабочих машин и машин-орудий целевое назначение определяется из технологического задания, а для машин-двигателей – по эксплуатационному заданию.

На основе технологического или эксплуатационного задания разрабатывается кинематическая или принципиальная схема изделия.

Кинематическая схема изделия. Она в значительной степени определяет конструкцию и вес основных деталей, а также экономичность изделия в производстве. Задача конструктора – подбор таких кинематических цепей, которые содержали бы минимальное количество звеньев. Конструктор, выбирая тот или иной механизм, опирается, прежде всего, на опыт конструирования и общие положения науки о механизмах.

Кинематические схемы наиболее сложны у рабочих машин. Кинематические схемы таких машин принято делить на следующие основные части:

Исполнительные механизмы, одно или несколько звеньев которых связаны с рабочими органами;

Трансмиссионные механизмы для передачи движения и мощности от двигателя к ведущему звену исполнительного механизма;

Прочие механизмы (управления, блокировки, регулирования, контроля и т.п.).

Закон движения рабочего звена в рабочих машинах зависит от поставленной технологической задачи и может быть реализован механизмами с различными кинематическими схемами. Разрабатываются, поэтому, несколько вариантов кинематических схем, из которых после соответствующего анализа (надежности, экономичности и т.п.) выбирается одна из них.

Определение усилий и действующих нагрузок. Чем точнее определены нагрузки, действующие в изделии, тем точнее можно определить усилия на отдельные детали и в итоге – их минимально необходимые размеры) от веса деталей зависят металлоемкость и вес изделия).

Выбор материалов и определение размеров деталей. Выбор материала и определение размеров деталей обусловлены эксплуатационными и экономическими требованиями.

С эксплуатационной точки зрения качество материала и размеры деталей должны обеспечить эксплуатационную надежность изделия вне зависимости от его веса.

С экономической точки зрения в рационально сконструированном изделии физические свойства материалов должны быть использованы наиболее полно для получения требуемой прочности и жесткости при минимальном весе.

Размеры деталей при одной и той же нагрузке зависят от качества материала и принятых запасов прочности.

Вес и себестоимость деталей зависят от их размеров.

Эксплуатационная надежность детали достигается только при точном расчете ее на прочность (или выносливость) и износ.

Силовой расчет заключается в определении сил, действующих на изделие. При этом составляется расчетная схема нагружения изделия с последующим расчетом деталей на прочность.

Силовой расчет производится двумя способами:

Расчет по силам или моментом сил, приложенным к рабочему органу изделия;

Расчет на основе предварительно определенной мощности привода.

В первом случае исходят из расчетных или опытных данных об усилиях, возникающих на рабочем звене во время технологического процесса. На основе этих данных определяются крутящий момент на ведущем звене и мощность двигателя.

Во втором случае определяется усилие на рабочем органе по крутящему моменту на ведущем звене.

Компоновка изделия. Компоновка в значительной мере влияет на металлоемкость и вес изделия.

Получив расчетные размеры основных изделий (валы, оси, зубчатые колеса и т.д.), приступают к компоновке общих видов изделия. Иногда размеры отдельных деталей устанавливают, исходя из конструктивных соображений. Общих правил рациональной компоновки изделий не существует.

Удачная компоновка зависит от способностей, опыта, изобретательности и общей подготовленности конструктора.

При конструировании крупных изделий предусматривается их разделение на узлы. Это позволяет вести параллельную сборку, производить обкатку, регулирование и испытание каждого узла в отдельности. При этом следует помнить, что стыки между узлами в изделии снижают жесткость и виброустойчивость конструкции.

Вопрос о применении моноблочной или составленной из отдельных блоков конструкции решается с учетом преимуществ и недостатков каждой из них.

Определение веса и себестоимости изделия. Проектный вес и проектная себестоимость изделия являются одними из основных его технико-экономических показателей.

Общая компоновка изделия позволяет ориентировочно оценить его вес.

Конструктор уже при конструировании изделия должен наметить предельные значения его основных показателей. Лучшие из них достигаются последовательным приближением к все более и более совершенной конструкции. Однако более короткий путь решения поставленной задачи имеет место, если исходить из мирового опыта на основе изучения хорошо отработанных подобных конструкций в данных статистики.

Вес изделия должен соответствовать эксплуатационным требованиям.

Вес и жесткость металлорежущих станков должны быть достаточными для противодействия возникающим в процессе резания металла колебаниям.

Для транспортных машин требуется наибольший вес при достаточной прочности.

В большинстве случаев вопрос оптимального веса изделия решается на основе опыта эксплуатации и путем сравнения с показателями по весу хорошо выполненных аналогичных изделий.

Проектная себестоимость изделия определяется по его проектному весу после общей компоновки.

Величина себестоимости, полученная при техническом конструировании, должна уточняться. По окончании конструирования конструктор должен иметь полное представление о себестоимости будущего изделия.

Экономическая эффективность изделий в эксплуатации. Эта эффективность зависит от двух факторов: энергетического КПД и эксплуатационной экономичности изделия.

При низком расчетном КПД не исключается пересмотр разработанной кинематической схемы.

Эксплуатационная экономичность и ее расчет рассмотрены ниже.

Конструирование общих видов узлов. Как этап конструирования оно ведется на основе общей компоновки изделия, принятого разделения конструкции на узлы, принятых по расчету размеров ответственных деталей. В процессе конструирования возможно появление новых решений конструкций узлов. При конструировании узлов достаточно четко выявляются конструктивные формы отдельных деталей.

Проверочные расчеты. Такие расчеты деталей производятся только в случаях изменения их размеров, ранее полученных расчетом. С изменением размеров деталей изменяются условия их работы в конструкции и, следовательно, изменяются рабочие напряжения в материале деталей.

Если при этом новые размеры деталей получаются меньше по сравнению с расчетными, то при проверочном расчете деталей по новым размерам проверяется запас прочности их материала.

Если же новые размеры деталей при изменении получаются больше по сравнению с расчетными, то проверочный расчет предусматривает замену материала деталей на материал повышенного качества с целью сохранения прежних размеров.

Конструирование общего вида изделия производится после вычерчивания узлов и увязки сопрягаемых мест. При этом иногда выявляются неточности в местах сопряжения узлов. Таких неточностей тем меньше, чем тщательнее выполнена предварительная проработка конструкции изделия.

Расчет размерных цепей производится при деталировке узлов для обеспечения взаимозаменяемости деталей, их правильной сборки, при которой обеспечивались бы требуемые зазоры и натяги в сопряжениях деталей. Расчет размерных цепей позволяет правильно определить размеры деталей с учетом допусков.

Необоснованное назначение допусков на размеры приводят к необходимости ручной пригонки, неоднократному монтажу и демонтажу узлов.

Разработка рабочих чертежей деталей производится только для оригинальных деталей (чертежи гостированных деталей не выполняются).

Первыми разрабатываются внутренние детали узла, затем – детали корпуса, облегающего узел.

После определения формы и размеров деталей подсчитывается их чистый вес (по таблицам).

Рационально сконструированная деталь, равно как и изделие в целом, – это такая деталь, которая удовлетворяет всем эксплуатационным требованиям и изготавливается при минимальной себестоимости.

Последним шагом при конструировании является соответствие технической документации по эксплуатации и обслуживанию изделия.

Подытоживая сказанное, основные шаги при расчете и конструировании детали представим в виде схемы (Рис. 3.8):

Рис. 3.8. Шаги при расчете и конструировании детали

Научно-исследовательская разработка (НИР). Этапы НИР. Патентные исследования. Содержание патентных исследований. Порядок проведения патентных исследований.

Техническое творчество невозможно без получения знаний о новых достижениях в области науки, техники, производства, т.е. без получения свежей технической информации.

В настоящее время установлено, что объем знаний по основным отраслям деятельности человека удваивается в течение каждых 5 лет, а в быстроразвивающихся отраслях, например, электронике, технической кибернетике, компьютерных технологий – за 2 - 3 года.

Научно-техническая информация

Научно-техническая информация отображается, главным образом, в печатной продукции: журналах по отраслям знаний, сборниках научных трудов ведущих академий наук, крупнейших университетов, высших учебных заведений. Издается также множество книг, посвященных отдельным научным проблемам - монографий, сборников научных трудов, учебников, учебных пособий.

Поиск нужной информации в океане знаний становится сложным делом, поэтому во всех странах ведутся большие работы не только над получением новых знаний об окружающем мире, но и над тем, как передать полученные знания грядущим поколениям, как хранить, обрабатывать и передавать научно-техническую информацию людям.

Для решения этой задачи в стране развивается государственная система научно-технической информации Республики Беларусь, межотраслевые и отраслевые центры научно-технической информации. Все эти организации собирают информацию и издают вторичные источники информации, позволяющие пользователям быстрее находить нужные сведения для своей деятельности (реферативные журналы, обзоры информации, бюллетени научно-технической информации по отраслям науки и техники, экспресс-информация и т.п.).

На предприятиях, в организациях, в учебных заведениях созданы свои центры - бюро технической информации, отделы или группы, которые доводят новую информацию до работников данного предприятия.

Оперативность работы системы научно-технической информации обеспечивается централизованной классификацией информационных материалов по универсальной десятичной классификации (УДК), которая введена в стране с 1963 года и является обязательной в области точных, естественных и технических наук.

Наиболее доступными центрами научно-технической информации являются библиотеки. В них имеются систематические (по отраслям знаний) и алфавитные (по фамилиям авторов книг и статей) каталоги, выпускаются библиографические указатели литературы, организуются выставки новой печатной продукции, тематические выставки, проводятся консультации.

С широким распространением электронно-вычислительной техники появилась возможность применять информационные технологии, позволяющие существенно сокращать время на поиск нужной информации. Уже не редкость библиотеки, где поиск нужных источников информации осуществляется по ключевым словам. Чем больше ключевых слов, тем уже поиск и больше вероятность найти то, что нужно.

Имеется возможность обмена информацией во всемирной информационной системе "INTERNET".

Патентная информация

Патентная информация - это сведения об открытиях, изобретениях, промышленных образцах и товарных знаков, сделанных во всех областях человеческой деятельности в любой стране мира.

Понятие "открытие" имеет общераспространенный юридический смысл. Общераспространенный смысл его трактуется широко, как нечто новое в науке, имеющее большое теоретическое и практическое значение. В юридическом понимании открытию дается точное определение в документе "Положение об открытиях, изобретениях и рационализаторских предложениях".

Открытием признается установление неизвестных ранее объективно существующих закономерностей, свойств и явлений материального мира, вносящих коренные изменения в уровень познания.

Здесь же разъясняется, что на открытия географические, археологические, палеонтологические и открытие полезных ископаемых указанное выше "Положение" не распространяется.

Открытия защищаются специальным документом - патентом на открытие, выданным автору (авторам) открытия.

Таким образом, открытие - это результат познавательной деятельности человека, который устанавливает, обнаруживает и объясняет новые закономерности и явления в природе. При выдаче патента на открытие возможность практической реализации нового знания не оговаривается.

Термин "заявка" является собирательным. В заявку входят: заявление о выдаче патента, описание предполагаемого открытия, справка о приоритете, заключение о значимости открытия и материалы, иллюстрирующие открытие (графики, схемы, чертежи, фотографии и т.п.). Заявки оформляются в соответствии с требованиями, установленные "Положением".

Изобретение - это новое техническое решение задачи в любой сфере человеческой деятельности, обладающее существенными отличиями и дающее положительный эффект.

Отличие изобретения от открытия состоит в том, что открытие - это обнаружение и объяснение того, что объективно существует, но не было известно ранее, а изобретение - это создание нового, не существовавшего ранее.

Между изобретениями и открытиями существует диалектическая связь, так как изобретения зачастую базируются на новых открытиях, хотя большая их часть базируется все же на уже имеющихся знаниях. В свою очередь, многие открытия делаются с помощью новых изобретений или новых технических средств, например, научных приборов или экспериментальных установок. Такая диалектическая связь только способствует научно-техническому прогрессу.

Объектами изобретения могут быть новое устройство, новый способ, новое вещество. Кроме того, объектами изобретения признаются применение ранее известных устройств, способов и веществ по новому назначению.

К устройствам относятся машины, агрегаты, механизмы, приборы, инструменты и т.п.

К способам относятся технологические процессы, методы добычи, методы измерения, испытания, монтажа, сборки и т.д.

Вещество характеризуется химическим строением или компонентами, входящими в него.

Изобретение "на применение" характеризуется нахождением нового отношения известного предмета к другим предметам, что позволяет использовать его по новому, нетрадиционному для данного предмета назначению. Известный пример - применение клея БФ-6, который ранее использовался для склеивания ткани, в медицине для заживления ран.

К изобретениям относят также селекционные достижения - новые сорта растений, породы животных и птиц, пушных зверей, виды полезных насекомых (например, пчел, тутового шелкопряда, естественных врагов вредителей сельскохозяйственных растений).

Рационализаторское предложение - это новое и полезное для данного предприятия решение какой-либо технической задачи. Оно как правило, дает значительный экономический эффект при малых затратах на его реализацию. Авторам рационализаторских предложений выдаются "Свидетельства на рационализаторские предложения" и выплачиваются вознаграждения в зависимости от полученного экономического эффекта.

Патентные фонды и патентный поиск

Сведения об открытиях и изобретениях обычно сосредоточены в патентных фондах крупных библиотек (областных, городских и др.), предприятий и организаций, в реферативных журналах, а также в бюллетенях об открытиях, изобретениях, промышленных образцах и товарных знаках", которые выпускаются четыре раза в месяц.

В состав патентных фондов входят классификаторы патентов, описания патентов и изобретений, материалы справочно-поискового аппарата, нормативная и методическая литература.

Патентная информация необходима творческим людям для проведения патентного поиска с целью определения новизны решения новой технической задачи.

Патентный поиск - это нахождение аналогов в решении новой задачи для того, чтобы не изобретать уже известное, а также с целью правовой защиты своего решения, которое может составить предмет изобретения.

При проведении патентного поиска пользуются специальными указателями, которыми располагают патентные фонды, а также информационно-поисковыми системами (ИПС), которые обычно содержат три вида систем: документальные, фактографические и комбинированные.

4. Особенности и этапы конструирования механизмов и устройств, применяемых в техническом творчестве. Конструктивная преемственность. Изучение сферы применения механизмов и устройств Выбор конструкции. Метод инверсии. Экономические основы конструирования. Особенности конструирования разъемных и неразъемных соединений. Понятие передачи. Виды передач применяемых в техническом творчестве. Особенности их конструирования

Конструктивная преемственность.

Конструктивная идея не может появиться «на пустом месте», она, как правило, есть результат прогрессивного развития уже существующих решений. Принцип преемственного развития конструкций позволяет использовать в новых изделиях хорошо зарекомендовавшие себя в эксплуатации узлы, детали, схемы управления, если они морально не устарели.

Решая задачу создания новой машины (технического устройства) или пытаясь улучшить существующую модель, конструктор должен не только изучить современные машины данного класса, но и историю их создания.

Нередко бывает, что принцип действия или конструктивное решение, отвергнутые практикой много лет назад, обретают работоспособность и оказываются прогрессивными в новых условиях – с появлением новых машиностроительных материалов, технологических методов, открытием новых научных закономерностей.

Наряду с изучением опыта «своей» отрасли промышленности, необходимо использовать достижения других отраслей, особенно таких, как авиастроение и автомобилестроение, отличающихся повышенной требовательностью к надежности, прочности и жесткости деталей при минимальном весе, к технологичности изделий и их эстетико-гигиеническим качествам.

Преемственность не означает копирования предыдущих конструкций, она не должна превращаться в тормоз технического прогресса. Вместе с тем, она служит базой для технического творчества и предостерегает конструктора от «изобретения велосипеда», то есть от ложного пути поиска давно известного конструктивного решения. Наиболее полно преемственность выражается при создании производных машин (изделий), когда удачную конструкцию берут за базу и с помощью различных приемов преобразуют ее рабочие функции или параметры. Эти приемы (секционирование, изменение линейных размеров, метод базового агрегата, конвертирование, компаундирование, модификация, агрегатирование и др.) не универсальны, каждый из них применим к определенным категориям машин.

Примером секционирования могут быть конвейеры, транспортеры, подъемники, несущие конструкции которых собираются из любого числа секций. Метод базового агрегата реализован в тракторных и автомобильных шасси, оснащенных сменным навесным оборудованием различного назначения.

Агрегатирование – создание машин путем совместного применения автономных унифицированных узлов (агрегатные станки, приводы на основе стандартных узлов – двигателей, редукторов, муфт и др.).

При проектировании механических передач применяют также метод линейных размеров для изменения нагрузочной способности передачи, а именно: изменяют ширину зубчатых колес и цепных звездочек без изменения шага и числа зубьев, ширину шкивов ременных передач при постоянном диаметре, уменьшают опорную базу вала и т.д.

Применительно к детскому техническому творчеству конструктивная преемственность заключается в переносе основных принципов, законов и правил проектирования машин и механизмов в процесс создания моделей технических устройств.

Общие узлы и механизмы автомобиля и автомодели.

Двигатель – может быть электрическим или внутреннего сгорания (ДВС), резиномотор или сжатая пружина (в основном, применяется в игрушках), топливная система, если это модель с ДВС, система охлаждения – в простейшем случае оребрение поверхности двигателя,электрооборудование, для «электромодели» вся силовая и управляющая часть относится к этой категории, аккумуляторная батарея применяется либо для источника энергии для модели, или для питания сервомеханизмов, система зажигания для моделей с ДВС упрощена и представляет собой постоянно раскаленную от сжигания топливной смеси нить накала, для которой необходим только предстартовый разогрев от внешнего источника (1,5 В), трансмиссия, или передача, в простейшем случае – непосредственный привод на колеса модели, когда последние насаживаются на ось мотора, автоматическая трансмиссия имеется на гоночных автомоделях с ДВС класса Ф-2, в которой переключение передач (их 2) осуществляется за счет автоматического сцепления центробежной муфты, дифференциал, как правило, шарикового типа применяется на всех спортивных радиоуправляемых моделях, рама и кузов как и в автомобиле являются основными несущими конструкциями, система подвески также присутствует как на гоночных, так и на внедорожных спортивных автомоделях, тормозная система, присутствует в любой современной автомодели и может быть реализована различными способами в зависимости от исполнения и класса модели, рулевая передача в радиоуправляемых моделях реализована с помощью серво, которые, кстати, имеют второе название – «руль-машинка», колеса и шины.

Из данного обзора следует, что современная модель по сложности и стоимости не уступает аналогичным параметрам автомобиля, а в некоторых случаях и превосходит их. Поэтому и этапы создания модели будут аналогичными этапам создания реального автомобиля, конечно, с должной адаптацией к уровню юных конструкторов.

Что касается этапов технического творчества, то их обычно определяют так.

Первый этап - критическое осмысление существующего положения вещей на базе экспериментальных материалов и логических рассуждений, формирование проблемной ситуации. Результатом этого является формулировка конкретной технической задачи, которая может служить основой дальнейших творческих поисков.

Второй этап – этап "рождения" и вынашивания новой технической идеи как результата скачка в новое качество при реализации поиска решения определенной технической задачи. Это еще не техническое изобретение и не идеальная модель нового, но уже выход за рамки непосредственно данного. С этой целью применяется набор методов поиска нового. При этом рациональные методы, составляющие логическую основу процесса, не исключают действия фантазии и интуиции при рождении технической идеи.

Третий этап – этап разработки воображаемой реальности идеальной модели как результата схематизации новой технической идеи, как структурной и функциональной схемы будущего технического объекта. В идеальной модели выражается активная созидательная деятельность субъекта, учитывается необходимость ее последующей материализации, строится будущий объект не в чувственно воспринимаемой форме. На этом этапе протекает процесс обоснования, продумывания и создания образца будущего технического объекта.

Четвертый этап – этап конструирования, перехода от мысленного построения к реальным разработкам. Результаты конструирования выражаются в эскизном и техническом проектах, в рабочих чертежах или модельно-макетном воплощении. Начинается разрешение противоречий между материальным и идеальным, теорией и практикой. Происходит движение от изобретения в форме идеальной модели или патента до рабочих чертежей или спецификаций и далее – до действующих моделей, экспериментальных или производственных образцов.

Пятый этап – этап воплощения изобретения в новом техническом объекте. Этот этап складывается из ряда стадий. На начальной его стадии создается экспериментальный образец, который предоставляет на основе данных экспериментов сделать доработку и доводку конструкторско-технологических разработок. Затем для испытаний артефактов в промышленных условиях создается промышленный образец. И, наконец, новая техника и технология запускается в серийное или массовое производство. На этом этапе завершается процесс разрешения противоречий между теорией и практикой и одновременно возникают новые технические задачи, новые противоречия.

Как видим, все этапы инженерной деятельности пронизаны творчеством. Творческий характер деятельности инженера проявляется прежде всего в том, что он сознательно формирует цель своей деятельности на основе осмысления технических потребностей производства и общества в целом. Его деятельность является целеполагающейся. "Цель технического творчества – удовлетворение осознанной технической потребности. Проблемы возникают и формулируются с началом осуществления цели"

Целеполагание представляет собой сложный диалектический процесс отражения настоящего и потребностей будущего. Оно возникает благодаря способности человеческого сознания к воображению и является идеальным аналогом последующей материальной деятельности субъекта. Инженерное творчество реализует выход за пределы существующего состояния техники и технологии.

Творческий характер деятельности инженера проявляется на всех его уровнях – изобретения, инженерного решения, внедрения и функционирования новой техники и технологии.

Творческая деятельность инженера, которая ведет к изобретениям, резко отлична от повседневных производственных будней, когда однажды найденное техническое решение лишь многократно воспроизводится. Изобретение – это акт сознания, который оставляет позади себя старую действительность и творит новую. В своей тенденции изобретение противоположно природе как искусственное естественному. Положение об открытиях, изобретениях и рационализаторских предложениях фиксирует, что "изобретением признается новое и обладающее существенными отличиями техническое решение задачи в любой области народного хозяйства, социального, культурного строительства, для обороны страны, дающее положительный эффект".

Традиционно считалось несомненным и четким различие между открытием и изобретением. "Изобрести что-то, – писал И. Кант, – это совсем не то, что открыть; ведь то, что открывают, предполагается уже существующим до этого открытия, только оно не было известным, например Америка до Колумба; но то, что изобретают, например порох, не было никому неизвестно до мастера, который его сделал " (Кант И. Антропология с прагматической точки зрения// Кант И. Соч. в 6-ти томах, т.6. М., 1966., 466). Иными словами, изобретение есть создание человеком того, что прежде не существовало, открытие же – это обнаружение того, что существует независимо от сознания человека. В более поздних работах открытие определялось как обнаружение новых объектов действительности и получение знаний о них. Но различие между изобретением и открытием оставалось, при этом изобретение обычно относили к технической деятельности, а открытие к познавательной сфере духовной деятельности.

Однако строгой грани между изобретением и открытием провести нельзя в силу того, что они оба являются результатом одного мыслительного процесса субъекта. В силу этой взаимосвязи трудно установить сделано ли в том или ином конкретном случае изобретение или произведено открытие. Часто то и другое имеют одни и те же психологические механизмы и слиты в одном исследовательском процессе или одно из них создает предпосылки для другого. При этом в одних случаях открытие создает объективную базу для технических изобретений. Так открытие свойств электричества привело к изобретению электродвигателя. В других, напротив, в изобретенном объекте впоследствии открывают нечто новое, что для того было неизвестно. Э.Торричелли изобрел барометр, а открыл атмосферное давление. В.Франклин изобрел громоотвод, а открыл электрическую природу молнии. Открытия и изобретения тесно взаимосвязаны друг с другом особенно на современной стадии научно-технического прогресса, когда фундаментальные и прикладные исследования проводятся в одной научно-исследовательской лаборатории, как например, при открытии лазера. Но все же открытие предполагает и новый для человека объект действительности и получение о нем новых знаний, тогда как изобретение имеет дело с созданием нового объекта.

Существуют методы, которые активизируют и направляют творческое мышление на пути создания новых, нешаблонных, нестандартных решений. Конструктору полезно знать эти методы (и учиться использовать их).

Приведем основные:

Инверсия в конструировании – обращение функций, формы, механических свойств и относительного расположения деталей, направленное на получение нового функционального, технологического или другого эффекта. Часто бывает достаточно сделать в конструкции что-либо «наоборот», как ее качества резко улучшаются. Например, промежуточный вал редуктора с напрессованными на нем зубчатыми колесами можно установить на подшипниках в корпус. Инвертировать этот узел – значит вал превратить в неподвижную ось, а зубчатые колеса выполнить в виде блока, вращающегося на оси. В часто встречающемся соединении какой-либо тяги с рычагом, проушина и вилка, в которой она крепится с помощью пальца, могут быть выполнены, соответственно, на рычаге и тяге или наоборот. Это примеры инвертирования функций и расположения деталей, входящих в узел. Инверсию формы можно продемонстрировать на примере головки болта с наружным и внутренним шестигранником под ключ. Инверсия (сделай наоборот) – метод получения нового ТР путем отказа от традиционного взгляда на задачу. При этом взгляд на задачу осуществляется обычно с диаметрально противоположной позиции. Принцип инверсии:

Снаружи – изнутри;

Вертикально – горизонтально;

Вертикально – вверх дном (вверх ногами);

С лицевой стороны – с обратной стороны;

Поверхность охватывающая – поверхность охватываемая;

Симметрично – асимметрично;

Ведущее – ведомое;

Жидкое – твердое;

Вредное – полезное;

Жесткое – гибкое;

Растяжение – сжатие.

Элемент на одной детали – перенести на др. деталь, взаимодействующую с первой; и т.д. и т.п.

Не следует упускать из виду и то, что инвертирование частных функций деталей узла не должно повлечь к изменению (ухудшению) функции всего узла или изделия.

Аналогия (метод прецедента) – использование ТР из др. областей науки и техники.

Аналогичные решения, используемые для решения инженерных задач, могут быть заимствованы из живой природы как конструкции и элементы биомеханики.

Метод прецедента использует аналогию с ранее разработанными конструкциями.

Аналогия может не только использовать ранее созданные конструкции, но и моделировать разные качества: форму, цвет, звук и т.п.

Эмпатия – отождествление личности конструктора с объектом разработки, т.е. элементом или процессом: "вхождение в образ". Этот метод приводит к новому взгляду на задачу.

Комбинирование – использование в конструкции в разном порядке и в разных сочетаниях отдельных ТР, процессов, элементов. При этом можно найти новое качество, дополняющий положительный эффект.

Метод комбинирования может применяться по трем схемам объединения элементов:

новое + новое,

новое + старое,

старое + старое.

Комбинации элементов могут быть разного характера: мех. соединение, соединение через промежуточные элементы, дублирование, образования многоступенчатых конструкций и др.

Компенсация – уравновешивание нежелательных и вредных факторов средствами противоположного действия. Например, часто необходимо компенсировать влияние массы, сил инерции, трения, различные потери... – это осуществляется с помощью компенсаторов (постоянных, регулируемых, автоматических, пружинных и др.).

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

Агрегатирование – создание множества объектов или их комплексов, способных выполнять различные функции, либо существовать в различных условиях. Достигается путем изменения состава объекта или структуры его составных частей.

Способы агрегатирования:

• соединение агрегатов с самостоятельным объектом представляющим комплекс (транспортер с подвесными орудиями);
• агрегатирование присоединением, когда к базовой составной части могут присоединяться различные зависимые составные части;
• агрегаты, узлы, детали (например, агрегатные станки; поворотно–делительные столы + силовые узлы: механизм главного движения и механизм подач);
• агрегатирование изменением, когда в объекте могут применяться всевозможные варианты составных частей при различной компоновке (например, различные варианты кузова автомобиля на одном шасси...).

Компаундирование – состоит с том, что для увеличения производительности параллельно соединяются два технических объекта. Соединение производится различными приемами:

• объекты устанавливаются независимо параллельно и связываются синхронизирующимися устройствами;
• конструктивно объединяются в один агрегат и т.д.

Блочно–модульное конструирование – предусматривает создание изделий на основе модулей и блоков. Модуль – составная часть изделия, состоящая преимущественно из унифицированных или стандартных элементов различного функционального назначения.

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

Мультипликация – повышение эффективности за счет использования нескольких рабочих органов, выполняющих одни и те же функции (по местам; многодетальная обработка; многоэтажные конструкции; многослойные конструкции и т.п.).

Метод расчленения – заключается в мысленном разделении традиционных технических объектов с целью упрощения выполняемых или функций и операций. Секционирование предполагает дробление ТО на конструктивно подобные составные части – секции, ячейки, блоки, звенья.

Ассоциация – использование свойства психики при появлении одних объектов в определенных условиях вызывать активность других, связанных с первыми.