Конструкторская задача что это
Большая Энциклопедия Нефти и Газа
Конструкторская задача
Обычная конструкторская задача состоит в построении схемы, реализующей данную формулу. [4]
Наиболее сложной конструкторской задачей при проектировании барабанных закладочных машин является разработка надежного уплотнения между барабаном и корпусом машины. Хотя к настоящему времени предложено и испытано значительное количество конструкций уплотнений, эффективного решения не найдено. [5]
Решения конструкторских задач на ранних стадиях проектирования строятся в условиях значительной неопределенности как исходных данных, так и проектных критериев. Это, в свою очередь, требует пересмотра многих традиционно сложившихся представлений в сторону их большей формализации. [8]
Решение конструкторских задач опирается на использование структурных математических моделей. Таким образом, большинство задач конструирования по своей сути является задачами структурного синтеза. Для анализа качества конструирования также могут применяться структурные модели, однако они не отражают процессы функционирования изделий. Поэтому для полной оценки результатов конструирования применяют модели и методы, характерные для функционального проектирования. Кроме того, большое число параметров функциональных моделей может быть рассчитано только после выполнения конструкторского проектирования. В этом проявляется тесная взаимоевязь подсистем функционального и конструкторского проектирования. Основные методы и примеры анализа по функциональным моделям изложены в гл. [9]
Решение любой конструкторской задачи после формулирования исходных данных сводится прежде всего к поиску различных возможных вариантов осуществления конструкции, Реальность вариантов конструкций подтверждается предварительными ( проектными) расчетами, Затем следует сравнительный анализ вариантов конструкции, на основе которого выбирают обоснованный оптимальный для данных конкретных условий вариант конструкции. После проверки функциональной пригодности выполняют сборочный чертеж узла. [11]
Решение научно-исследовательских, конструкторских задач по созданию новой, совершенно отличной от традиционных технологии и техники для бурения, эксплуатации и ремонта скважин с подводным расположением устья и обслуживания этих объектов как под водой, так и на специальных плавучих средствах. [12]
В сложных конструкторских задачах путь от анализа взаимосвязей до четко сформулированных технических требований к устройству, необходимых конструктору, может быть значительно более сложным, чем рассмотренный выше. Этот путь может проходить через такие стадии создания устройства, как научно-исследовательская разработка, промежуточное макетирование, а также может сопровождаться расчетными и экспериментальными работами, далеко не всегда выполняемыми при участии конструктора. [13]
Технология. 6 класс
Конспект урока
Технология, 6 класс
Урок 02. Конструирование. Решение конструкторских задач
Перечень вопросов, рассматриваемых на уроке
Проект – это детальный, обоснованный и тщательно разработанный документ.
Конструкторская задача – разработка оптимального и рационального устройства изделия, которое обеспечивало бы его эффективное использование.
Дизайнерская задача – разработка оптимального и рационального устройства объекта, которое отвечало бы требованиям общественной пользы, удобства эксплуатации и красоты.
Технологическая задача – решение оптимального и рационального хода технологического процесса изготовления изделия.
Технологическая операция – это часть технологического процесса, выполняемая непрерывно на одном рабочем месте, над одним или несколькими одновременно обрабатываемыми или собираемыми изделиями, одним или несколькими рабочими.
Основная и дополнительная литература по теме урока
Теоретический материал для самостоятельного изучения
Конструирование – это следующий этап выполнения творческого проекта, которой был начат в первом уроке. Конструкторский этап включает разработку вариантов изготовления проекта, составление конструкторской документации.
Конструирование включает в себя разработку вариантов изготовления проекта, составление конструкторской и технологической документации. Конечно, необходимо предусмотреть выбор материалов, инструментов, оборудования и технологии изготовления, собственно изготовление самого изделия.
Примеры и разбор решения заданий тренировочного модуля
Задание 1. Выделите цветом виды работ, относящиеся к художественно – конструкторскому поиску.
Анализ конструкции изделия.
Организация рабочего места.
Выбор технологических операций.
Разработка эскизного проекта.
Анализ конструкции изделия.
Разработка эскизного проекта.
Задание 2. Разделите конструкционные материалы между двумя кулинарными изделиями.
Технология. 6 класс
Конспект урока
Технология, 6 класс
Урок 02. Конструирование. Решение конструкторских задач
Перечень вопросов, рассматриваемых на уроке
Проект – это детальный, обоснованный и тщательно разработанный документ.
Конструкторская задача – разработка оптимального и рационального устройства изделия, которое обеспечивало бы его эффективное использование.
Дизайнерская задача – разработка оптимального и рационального устройства объекта, которое отвечало бы требованиям общественной пользы, удобства эксплуатации и красоты.
Технологическая задача – решение оптимального и рационального хода технологического процесса изготовления изделия.
Технологическая операция – это часть технологического процесса, выполняемая непрерывно на одном рабочем месте, над одним или несколькими одновременно обрабатываемыми или собираемыми изделиями, одним или несколькими рабочими.
Основная и дополнительная литература по теме урока
Теоретический материал для самостоятельного изучения
Конструирование – это следующий этап выполнения творческого проекта, которой был начат в первом уроке. Конструкторский этап включает разработку вариантов изготовления проекта, составление конструкторской документации.
Конструирование включает в себя разработку вариантов изготовления проекта, составление конструкторской и технологической документации. Конечно, необходимо предусмотреть выбор материалов, инструментов, оборудования и технологии изготовления, собственно изготовление самого изделия.
Примеры и разбор решения заданий тренировочного модуля
Задание 1. Выделите цветом виды работ, относящиеся к художественно – конструкторскому поиску.
Анализ конструкции изделия.
Организация рабочего места.
Выбор технологических операций.
Разработка эскизного проекта.
Анализ конструкции изделия.
Разработка эскизного проекта.
Задание 2. Разделите конструкционные материалы между двумя кулинарными изделиями.
Конспект урока Технология, 6 класс Урок 02. Конструирование. Решение конструкторских задач
Технология, 6 класс
Урок 02. Конструирование. Решение конструкторских задач
Перечень вопросов, рассматриваемых на уроке
Проект – это детальный, обоснованный и тщательно разработанный документ.
Конструкторская задача – разработка оптимального и рационального устройства изделия, которое обеспечивало бы его эффективное использование.
Дизайнерская задача – разработка оптимального и рационального устройства объекта, которое отвечало бы требованиям общественной пользы, удобства эксплуатации и красоты.
Технологическая задача – решение оптимального и рационального хода технологического процесса изготовления изделия.
Технологическая операция – это часть технологического процесса, выполняемая непрерывно на одном рабочем месте, над одним или несколькими одновременно обрабатываемыми или собираемыми изделиями, одним или несколькими рабочими.
Основная и дополнительная литература по теме урока
Теоретический материал для самостоятельного изучения
Конструирование – это следующий этап выполнения творческого проекта, которой был начат в первом уроке. Конструкторский этап включает разработку вариантов изготовления проекта, составление конструкторской документации.
Конструирование включает в себя разработку вариантов изготовления проекта, составление конструкторской и технологической документации. Конечно, необходимо предусмотреть выбор материалов, инструментов, оборудования и технологии изготовления, собственно изготовление самого изделия.
Примеры и разбор решения заданий тренировочного модуля
Задание 1. Выделите цветом виды работ, относящиеся к художественно – конструкторскому поиску.
Анализ конструкции изделия.
Организация рабочего места.
Выбор технологических операций.
Разработка эскизного проекта.
Анализ конструкции изделия.
Разработка эскизного проекта.
Задание 2. Разделите конструкционные материалы между двумя кулинарными изделиями.
«Основы творческо конструкторской деятельности» (стр. 5 )
 | Из за большого объема этот материал размещен на нескольких страницах: 1 2 3 4 5 6 7 8 |
Технический объект — широчайшее понятие, поэтому к числу технических объектов можно отнести и космический корабль, и утюг, компьютер и ботинок, завод и выпускаемые на этом заводе болты и гайки. Более того, к техническим объектам можно отнести любой из элементов (агрегат, блок, узел, деталь), из которых состоят машины, аппараты, приборы.
Человек любых наклонностей, любой профессии, любого возраста и в любых условиях может совершенствовать, творить и изобретать технические объекты в любой сфере жизнедеятельности.
Наряду со словом и понятием «технический объект», широко используется термин «техническая система». По сути дела, эти два термина являются синонимами, так как выражают одно и то же понятие, но с разными оттенками при использовании. Понятие «технический объект» — это более широкое понятие, поскольку технические системы являются лишь их разновидностью. В самом деле, существуют элементарные технические объекты, состоящие всего лишь из одного материального (конструктивного) элемента. Например, столовая ложка, литая чугунная гантель, пластмассовая или металлическая шайба. Ни один из них никак нельзя отнести к понятию «техническая система», поскольку техническая система — это определенная совокупность упорядоченно связанных между собой элементов, предназначенных для удовлетворения определенных потребностей, для выполнения определенных полезных функций. Важно отметить, что техническая система обладает совокупными свойствами, не только суммирующими свойства входящих в ее структуру элементов, но и другими качественно новыми свойствами, не присущими системообразующим элементам. Например, автомобиль обладает свойством передвижения по твердым дорожным покрытиям, в то время как ни один из его отдельно взятых элементов (кузов, шасси, мотор) таким свойством не обладает. Но, конечно же, не только такой сложный технический объект как автомобиль, можно назвать технической системой.
Таким образом технический объект предпочтительно называть собственным именем тогда, когда речь ведется вообще, без всякой структурной, функциональной и конструктивной конкретизации, в то время как термин «техническая система» используется при обсуждении его внутреннего содержания, при изучении, анализе, синтезе и конструировании.
Важно иметь в виду, что любая техническая система состоит из ряда конструктивных элементов (звеньев, блоков), называемых подсистемами. В то же время, у большинства технических систем существуют и надсистемы — технические объекты более высокого конструктивного уровня, в которые они включены как функциональные элементы.
В общем случае, для того, чтобы любой объект можно было рассматривать как систему, необходимо определить его системные характеристики: функцию, структуру, свойства и связи с окружающей средой.
— разработка формализованных моделей, описывающих структуру, функцию и свойства систем;
— характеристика иерархического строения систем и взаимосвязей элементов различного уровня;
— определение интегральной функции системы на основе функций отдельных элементов;
— определение общих свойств системы, исходя из свойств системы, исходя из свойств составляющих ее элементов.
Системный подход к творческой деятельности ориентирует на применение научных методов там, где силы воображения и опыта недостаточно. Такой подход является предпосылкой изобретательской деятельности и эффективного проектирования и конструирования, а также позволяет отойти от устаревших традиций и шаблонов.
Технические объекты выполняют определенные функции (операции) по преобразованию вещества, энергии или информационных сигналов. Обработка вещества и т. д. производится путем выполнения ряда технологических операций, следующих друг за другом в определенной последовательности. Под технологией понимается способ, метод или программа преобразования вещества, энергии или информационных сигналов из заданного начального состояния в заданное конечное с помощью соответствующих технических систем (объектов).
Среди множества параметров и показателей, характеризующих технический объект, имеются такие, которые на протяжении длительного времени повышаются или поддерживаются на определенном уровне при достижении своего предела. Такие показатели осознаются как мера совершенства и прогрессивности технических объектов, поэтому их принято называть критериями развития технических объектов. Так, к ним можно отнести удельную материалоемкость изделий, дизайн и др.
Особенно велика роль критериев развития при разработке новых изделий, когда конструкторы стремятся превзойти уровень лучших мировых достижений или когда предприятия хотят приобрести готовые изделия такого уровня.
Всю совокупность критериев развития техники обычно подразделяют на четыре группы:
1. Функциональные, характеризующие показатели реализации функции объекта (производительность, точность, надежность, специфические).
2. Технологические, отражающие возможность и сложность изготовления технического объекта (расчленение на подсистемы, трудоемкость изготовления, технологичность изготовления, использование материалов).
3. Экономические, определяющие экономическую целесообразность реализации функций с помощью рассматриваемого технического объекта (затраты материалов, энергии, на информацию).
4. Эргономические, связанные с оценкой воздействия на человека отрицательных и положительных факторов со стороны созданного им технического объекта (экологичность, безопасность, дизайн).
Эта классификационная систематика критериев развития технических объектов позволяет разработчику новой техники cформировать и описать совокупность критериев развития для интересующего класса технических объектов.
2.2. Закономерности развития технических систем
При создании новых технических объектов (систем) наряду с новыми методами изготовления, материалами и техническими решениями используется накопленный в прошлом опыт. Кроме того, прилагаются усилия к улучшению свойств уже существующих изделий и создаются новые изделия, которые должны удовлетворять потребности людей. Освоение нового изделия или технологического процесса является, как правило, результатом большой предварительной работы, включающей научные исследования, научное прогнозирование, патентный поиск, сравнение с лучшими образцами отечественных и зарубежных предприятий и фирм, предварительный расчет экономической эффективности капитальных затрат. Наибольший экономический эффект дают новые изделия или технологические процессы, разработанные на основе фундаментальных исследований, принципиально новых научных идей и направлений, технических решений, защищенных охранными документами (авторскими свидетельствами или патентами).
Важную роль в повышении эффективности творческо-конструкторской деятельности и ее результатов при поиске новых технических решений играют знание закономерностей развития технических систем, умение их анализировать и использовать для выявления резервов их развития, определения целесообразности совершенствования или создания принципиально новых технических систем.
Знание закономерностей развития техники помогает понять особенности развития следующих процессов:
— прогрессивную конструктивную эволюцию, т. е. изменение функциональной структуры системы, принцип определенного класса технических систем и техники ее действия и техническое решение;
— изменение производительности труда и других критериев прогрессивного развития определенного класса технических систем;
— рост потребностей и соответствующих им функций технических систем, их разнообразия и количественных характеристик;
— увеличение разнообразия технических систем, имеющих одинаковые или близкие функции, а также разнообразия технических систем в отрасли;
— повышение сложности технических систем;
— рост затрат энергии, материалов и информации в расчете на одного человека.
Технические объекты (системы), как и биологические объекты, имеют аналогичные жизненные циклы и этапы своего развития.
«Жизненный цикл» технической системы имеет характерные этапы, присущие всем системам: 1 — стадия разработки системы; 2 – интенсивное совершенствование системы, ее массовое применение; 3 – падение развития системы; 4 – долгое время эксплуатации, сохраняя показатели на достигнутом уровне; 5 – моральное старение системы, замена ее принципиально новой. Соотношения между участками «жизненного цикла» технической системы зависят от ряда факторов: сроков разработки новых машин, сроков замены оборудования и т. п.
и выделяют четыре стадии, соответствующие четырем фундаментальным функциям труда и машин по обработке и производству материальных продуктов.
1-я стадия развития — техника выполняет только технологическую функцию, обеспечивающую изменение материального продукта труда, остальные функции (энергетическую, управления и планирования) выполняет человек.
2-я стадия — технологическая и энергетическая функции, связанные с обеспечением энергией процесса обработки предмета труда, реализуются объектом, а человек выполняет только функции управления и планирования.
3-я стадия — на объект (машину) возложены функции технологические, энергетические и управления процессом обработки предмета труда и потоками энергии, а человек лишь планирует количество и качество производимого продукта.
4-я стадия — все четыре фундаментальных функции труда реализуются объектом, а человек полностью выводится из технологического процесса его участие в производстве эпизодически требуется на более высоких уровнях планирования производственного процесса, а также на внештатных операциях наладки и ремонта технических устройств, оборудования.
2.3. Методология выбора наилучших проектно-конструкторских решений
При разработке любого технического объекта разработчику (конструктору, изобретателю-энтузиасту, студенту или школьнику) приходиться решать целый ряд взаимосвязанных задач по поиску и выбору наилучшего проектно-конструкторского решения. С наименьшими трудозатратами и в более короткие сроки с такой работой можно справиться, если освоить и использовать методологию поиска и выбора, которая определяет методически целесообразные этапы разработки, их содержание и рациональную последовательность выполнения. Эта методология предусматривает разбивку всего процесса поиска и принятия решения на этапы. На каждом из них решаются свои логически и содержательно самостоятельные, многовариантные оптимизационные задачи.
Этап 1. Обоснование потребностей и требований к качеству изделия. Здесь выявляются потребности в разработке и изготовлении нового изделия, которые оно может удовлетворить с наибольшей пользой для общества в целом, для фирмы и самого разработчика. Это может быть новая модель или новое поколение изделий, уже выпускаемых конкретной фирмой. Может быть выявлена потребность в разработке и выпуске усовершенствованных конструкций уже известных изделий, но которые фирма до сих пор не производила. И, наконец, может быть удовлетворена принципиально новая потребность. Здесь же обосновываются и потребительские качества разрабатываемого изделия по производительности, надежности, экономичности, энергопотреблению и другим параметрам.
Задачи первого этапа относятся к области маркетинга и маркетинговых исследований. В литературе эти задачи еще называют задачами внешнего проектирования, в отличие от задач внутреннего проектирования, которые решаются на последующих пяти этапах.
Этап 2. Выбор физических операций и соответствующих технических функций. На этом этапе рассматриваются потоки вещества, энергии и сигналов на входе и выходе технического объекта, учитывается соблюдение условий и ограничений на эти потоки в процессе их преобразования как внутри технического объекта, так и при его взаимодействии с надсистемой и окружающей средой. Для каждого из рассматриваемых вариантов формулируется техническая функция, отражающая взаимосвязь потребительской функции объекта с реализуемой им физической операцией.
Этап 3. Выбор функциональной структуры технического объекта. Выбор функциональной (конструктивной и потоковой) структуры производится с позиций наилучшего удовлетворения принятой ранее потребительской функции с учетом анализа аналогов и прототипов технических объектов рассматриваемого класса известных либо из технической и патентной литературы, либо из описания. Естественно, что из всех вариантов выбирается наиболее рациональная функциональная структура, определяющая функции основных элементов объекта и их взаимосвязи.
Этап 4. Выбор физического принципа действия. На этом этапе разработка технического объекта ведется на физическом уровне: выбирают наиболее рациональные принципы действия отдельных элементов изделия с учетом всех, представляющих интерес, физических, химических, биологических и других эффектов. В конкретной потоковой функциональной структуре одни и те же элементы могут быть реализованы на основе различных физико-технических эффектов.
Этап 5. Выбор технического решения. На этом этапе анализируется список дополнительных требований, предъявляемых к разрабатываемому изделию по габаритам, массе, форме, компоновке; по составу комплектующих изделий и применяемых материалов; по способам и средствам их соединения; по диагностике неисправностей, безопасности эксплуатации, себестоимости, патентоспособности. В ряде случаев критерии качества объекта можно существенно улучшить, если использовать какой-то комплектующий элемент, разработанный и запатентованный другой промышленной фирмой. Однако при этом должны учитываться возможности разработчика в покупке такого готового элемента или приобретения лицензии на его изготовление.
Этап 6. Выбор параметров технического объекта. На этом последнем этапе анализируются и выбираются оптимальные значения параметров объекта и параметров его отдельных элементов. Список параметров может быть большим и включать в себя: надежность работы (минимальное число включений и выключений, минимальное число часов на наработку), предельные запасы прочности, устойчивость функционирования, взаимозаменяемость, стандартизация и унификация конструктивных элементов, условия эксплуатации объекта при колебаниях температуры, влажности, давления атмосферы и т. п.
Рассмотренные методологические основы иерархии уровней описания ТО и соответствующие им задачи выбора будут использоваться при изучении эвристических и алгоритмических (компьютерных) методов и технологий решения творческих задач.
Лекция 3. Конструирование. Основные определения. Виды и этапы конструирования. Учебное конструирование.
3.1. Основные понятия конструирования
Техническое творчество предполагает получение новых результатов в области техники в виде технических идей, рисунков, чертежей, воплощенных в реальных технических объектах.
Процесс творчества, в частности технического, всегда осуществляется поэтапно и включает такие процедуры:
— осознание противоречия, создание и обоснование идеи;
— техническую разработку задания и практическую работу над ним (проектирование и конструирование);
— испытание объекта в работе и оценку результата творческого решения.
Первая процедура завершается созданием общего плана, идеи, замысла решения задачи (общего принципа действия систем данного типа).
Вторая процедура включает проектирование и конструирование.
Проектирование — разработка и обоснование проекта машины, отвлеченного от вещественной формы. Проектирование предшествует конструированию и представляет собой поиск научно обоснованных, технически осуществимых и экономически целесообразных инженерных решений. Результатом проектирования является проект разрабатываемого объекта (тексты, графики, чертежи, расчеты, модели и т. д.).
Процесс проектирования можно представить так:
— научно-исследовательский поиск наилучшего варианта решения технической задачи;
— техническое предложение (аванпроект);
Конструирование — разработка подробной схемы выполнения задуманного объекта (системы) и рабочих чертежей всех деталей и отдельных частей машины.
Сначала по предварительным чертежам и расчетам изготовляется опытный образец. Далее все расчеты уточняются, составляются рабочие чертежи и техническая документация для их применения на производстве. Результатом конструирования является конкретная конструкция изделия.
Конструкция — наглядно представленная система способов соединения и взаимодействия частей изделия, а также материал, из которого эти части должны быть изготовлены. Если конструкция является изобретением, т. е. новым инженерным решением, то ее новаторский характер должен быть подтвержден документально, а открытие запатентовано.
3.2. Особенности и последовательность учебного
В профессиональном и учебном конструировании есть как общие черты, так и различия. Общим является то, что конструктору и учащемуся приходится решать конструктивные задачи и разрешать проблемные ситуации, причем это не всегда ведет к получению объективно нового результата (как, например, в задачах, стоящих перед изобретателем).
При выполнении конструкторских заданий к исполнителю предъявляется ряд требований. Прежде всего, нужен определенный уровень технических знаний и некоторый опыт наблюдения за работой технических устройств или практическое знакомство с ними. В этом отношении конструктор-профессионал, конечно, более подготовлен, чем учащийся. Однако, как показывают исследования, это требование не всегда является самым главным в достижении успеха при решении творческой задачи. Можно привести много примеров, когда человек, не имеющий большого практического опыта и запаса технических знаний, выполняет задание на достаточно высоком уровне.
Конструирование в учебном процессе предполагает, прежде всего, развитие творческих способностей учащихся в области техники. Установлено, что творчество учащихся имеет одинаковую со взрослыми психофизиологическую основу: стадии протекания, активность и напряжение мыслительных процессов в творческой деятельности детей подобны соответствующим моментам в творчестве взрослых.
Для выяснения педагогического аспекта технического творчества в процессе конструирования прибегают к уточнению понятия новизны, которая может быть объективной или субъективной. В учебной деятельности важно, чтобы результат творческого решения был нов для самого учащегося. Получая продукт труда, обладающий даже субъективной новизной, учащийся развивает свои способности к творческой деятельности в области техники.
Процесс обучения конструированию в учебном заведении всегда связан с изготовлением определенных объектов, работа же конструктора часто заканчивается разработкой технической документации, а изготовление опытного образца передается в другие руки. Существование продукта труда только в сознании или в виде чертежа не может удовлетворить подростка или юношу. Для него сконструировать — значит не только сделать чертеж, но и изготовить техническое устройство. Конкретный технический объект, разработанный и изготовленный учащимся, служит не только критерием верности идей, умственных и практических действий по их реализации, но и источником новых идей. Известно, что техническое мышление и способности наиболее успешно развиваются в деятельности, сочетающей творческие и исполнительские (практические) элементы.
3.3. Выбор объектов конструирования
Выбор объектов основывается на технических, психологических и дидактических требованиях: наличии вариативности в конструкторских решениях объекта; доступности (для данного периода обучения) выражения найденного решения в графической форме; посильности изготовления и наличии соответствующего оборудования и инструмента, политехнической значимости объекта; технологичности; общественно полезной направленности конструирования.
В учебном конструировании очень важно, чтобы процесс создания объекта на всех этапах был доступным для ученика и проходил достаточно быстро. Прежде чем приступить к конструированию, необходимо изучить теоретические вопросы: принцип работы устройства и техническую характеристику проектируемого объекта, конструкционные и отделочные материалы, а при постройке технических моделей — их классификацию и унифицированные детали для изготовления.
Характер конструкторской деятельности во многом определяется видом объектов конструирования. В процессе формирования конструкторских знаний и умений выбирают наиболее простые, но широко распространенные в современном производстве объекты техники. Это редукторы, различные механизмы, приспособления и др. Выбор этих объектов конструирования объясняется тем, что они состоят из типовых деталей машин (корпусов или стоек, оснований, валов, осей и деталей, расположенных на них: зубчатых колес, дисков, втулок и т. п.).
В школьных учебных мастерских на уроках труда ученики могут изготовлять простейшие модели этих изделий и знакомиться с примерами технических конструкций, применяемых на производстве.
При разработке конструкции изделия необходимо соблюдать следующие условия:
— отдавать предпочтение простым цилиндрическим формам по сравнению с коническими и сферическими; избегать острых углов, снимая фаски, делая скругления; выполнять плавные переходы от одной поверхности к другой;
— предусматривать одинаковую и равномерную толщину стенок изделий; делать приливы, бобышки с целью усиления слабых мест;
— на одной высоте располагать поверхности обработки; для облегчения ремонта поверхности трения выполнять на отдельных, легко заменяемых деталях, а не на корпусах;
— заменять, где это возможно, механизмы с прямолинейным поступательно-возвратным движением более выгодными механизмами с вращательным движением;
— избегать открытых механизмов и передач, заключая их в корпуса;
— сокращать объем механической обработки или заменять ее более производительными способами обработки без снятия стружки;
— разрабатывать сначала отдельные детали, входящие в сборочные единицы, а потом корпусные детали;
— экономить дорогостоящие и дефицитные материалы, применяя их полноценные заменители;
— соблюдать требования технической эстетики, придавая машинам стройные архитектурные формы, улучшать внешнюю отделку машины.
Лекция 4. Методы обучения конструированию.
4.1. Методы обучения конструированию
На занятиях по техническому конструированию применяют различные методы и приемы обучения. Чем сложнее занятие и обширнее деятельность педагога и обучаемых, тем разнообразнее методы и приемы его проведения.
Сведения о процессе, принципах и правилах конструирования педагог дает в виде объяснения, рассказа, беседы. Для создания чувственной основы приобретаемых знаний применяют методы демонстраций. Формированию конструкторских умений и навыков способствуют методы практической работы: инструктаж, упражнения в решении задач, коллективное обсуждение, манипулятивный метод, самостоятельная работа, подведение итогов. Выбор методов и их сочетаний на занятии зависит от содержания изучаемого материала и цели занятия. Остановимся на специфических методах обучения конструированию.
Манипулятивный метод. Суть этого метода в том, что техническое устройство конструируется в процессе изготовления его упрощенного макета. Он позволяет сконцентрировать умственные усилия на решении конструкторской задачи до ее графического оформления. При графическом оформлении тратятся значительные силы, чтобы выразить мысль с помощью чертежа или рисунка. Манипулятивный метод освобождает от этих усилий для решения собственно конструкторской задачи. При этом для облегчения разработки и уточнения пространственных форм деталей обращаются к легко обрабатываемым материалам: пластилину, картону, бумаге, пластмассам. Изготовив макет, уточняют эскизы и, продолжая конструирование, вносят изменения и дополнения. Макет служит важным ориентиром для уточнения формы и размеров как отдельных деталей и узлов, так и объекта в целом.
Самостоятельная работа учащихся. Основной вид самостоятельной работы учащихся — выполнение технического задания на моделирование или конструирование. При этом учащимся приходится самостоятельно работать с технической литературой, решать конструкторские, технологические и организационные задачи, выполнять эскизы, чертежи, схемы, делать различного рода расчеты, изготавливать детали и собирать из них техническое устройство или модель, испытывать их в работе и вносить коррективы.
Педагогическая эффективность самостоятельной работы учащихся во многом зависит от качества руководства ею на всех этапах выполнения заданий со стороны учителя. Он должен заранее продумать порядок выполнения технического задания на каждом его этапе, обучить рациональным приемам умственного труда, инструктировать перед выполнением очередной работы, наблюдать за ее ходом, своевременно оказывать учащимся помощь в преодолении возникающих трудностей, в исправлении допущенных ошибок и т. п.
При изготовлении модели или технического устройства учащимся нередко приходится выполнять незнакомые им ранее операции или виды работ. Особенно часто это бывает в кружках, укомплектованных школьниками разного возраста. Чтобы постоянно не отвлекаться для сообщения теоретических сведений и проведения инструктажа по выполнению практических работ, полезно иметь краткие методические указания. Основой их могут быть либо инструкционно-технологические карты на выполнение наиболее распространенных операций или изготовление деталей, встречающихся в моделях и технических устройствах, либо справочные таблицы, графики, расчетные формулы.
Например, в кружке моделирования сельскохозяйственной техники полезно иметь указания по оконцовыванию, пайке и укладке монтажных проводов, расчету и изготовлению редукторов, подбору двигательной установки, выбору и установке источников питания, изготовлению колес из различных конструкционных материалов и др. Кроме того, нужны руководства и пособия по использованию на занятиях приспособлений, механизированного инструмента, станков. Все это облегчит работу руководителя, ускорит приобретение технических знаний и практических умений вновь прибывшими кружковцами, создаст наиболее благоприятные условия для развития самостоятельности и инициативы.
Параллельно с основными занятиями желательно предусмотреть и дополнительные ― в форме консультаций. Они особенно важны при разработке учащимися задания в графической форме и в процессе изготовления объекта. Консультации могут быть общими и индивидуальными и проводиться по графику или плану и без плана, по просьбе кружковцев. К проведению консультаций целесообразно привлекать специалистов — учителей физики, математики, черчения, родителей, шефов. Специалисты — родители и шефы могут оказать помощь в приобретении недостающих материалов, инструментов, подсказать темы для творческой работы учащихся, разработка которых полезна предприятию.
Наблюдая за самостоятельной работой каждого ученика на всех этапах разработки технического задания, руководитель делает записи в своем журнале о затруднениях ученика в выполнении той или иной работы, о пробелах в знаниях, намечает меры по оказанию ему помощи, пути стимулирования познавательной деятельности кружковцев, развития их самостоятельности, волевых качеств и вносит коррективы в ход занятий. Это дает возможность руководителю стимулировать познавательную деятельность кружковцев, развивать самостоятельность и волевые качества учащихся.
Подведение итогов. После каждого практического занятия необходимо анализировать результаты работы учащихся: выявлять отступления от намеченных планов, устанавливать причины и определять пути устранения недостатков, вносить коррективы в план работы. В конце учебного года формой подведения итогов работы может быть участие кружковцев в массовых мероприятиях — соревнованиях, выставках, показательных выступлениях и т. д.
4.2. Методы и приемы решения конструкторских задач
1. Метод аналогии — использование при конструировании известных конструкций, форм, процессов, материалов и т. п., существующих в смежных областях техники, науки или в природе. Использование аналогов наиболее часто осуществляют с помощью следующих приемов: имитации, псевдоморфизации, масштабного изменения размеров и др.
Имитация — придание новому техническому объекту формы, цвета, внешнего вида по аналогии с каким-либо уже известным объектом.
Псевдоморфизация — выполнение технического объекта в форме другого объекта совершенно иного назначения (например, шариковую ручку делают в виде охотничьего ружья, отбойного молотка и т. д.).
Масштабное изменение размеров — увеличение (гиперболизация) или уменьшение размеров известных технических объектов с целью получения нового эффекта. Для получения однотипных машин с различной производительностью изменяют линейные размеры, причем чаще всего — длину, сохраняя форму и размеры поперечного сечения прежними. Так конструируют главным образом роторные машины, производительность которых пропорциональна длине ротора, например, шестеренные и лопастные насосы, вальцовые машины, мешалки.
1. Метод объединения предполагает при создании новой конструкции применение сборочных единиц или их группы, заимствованных из других, уже известных конструкций. Возможно несколько вариантов объединения.
Интеграция — получение нового объекта путем объединения двух или нескольких элементов самостоятельного назначения так, что они полностью или частично включаются один в другой. Например, при объединении насоса и форсунки можно получить агрегат для подачи строго определенного количества топлива в цилиндр двигателя внутреннего сгорания.
Агглютинация — присоединение к основному техническому объекту другого, который может и не иметь самостоятельного назначения. Например, присоединение к любительским кинопроекторам «Луч—2», «Квант», «Русь» электрического синхронизатора СЭЛ—1 позволяет демонстрировать фильмы со звуковым сопровождением с помощью магнитофона.
Резервирование — увеличение количества ненадежных однотипных сборочных единиц и элементов в объекте для повышения его надежности. Например, на тепловых электростанциях в котельных ставят резервные насосы, которые включаются в работу в случае остановки или выхода из строя основных.
Компаундирование — это параллельное соединение машин или агрегатов с целью увеличения общей мощности или производительности установки. Соединяемые машины устанавливают либо рядом как независимые агрегаты (двигатели на самолетах и судах), либо связывают друг с другом синхронизирующими, транспортными и другими устройствами (параллельная установка машин-орудий группами в автоматических линиях, рабочие клети в прокатных станах и др.).
Мультипликация рабочих органов и рабочих позиций позволяет увеличить количество одновременно обрабатываемых деталей, поверхностей и др.
3. Метод секционирования — дробление технического объекта на секции, ячейки, блоки, звенья с целью получения новых объектов набором различного количества этих секций и т. п., обеспечения взаимозаменяемости, удобства в эксплуатации и ремонте.
4. Метод модифицирования — это перестройка машины для приспособления ее к иным условиям работы или к выпуску новой продукции без изменения основной конструкции. Например, модифицирование машины для работы в различных климатических условиях сводится преимущественно к замене материалов: для машин, работающих в жарком и влажном климате, применяют коррозионно-стойкие сплавы, в арктическом — морозостойкие материалы и т. п.
5. Унифицированные ряды служат для образования ряда производных машин различной мощности или производительности путем изменения числа главных рабочих органов и применения их в различных сочетаниях. Такие ряды называют семейством, гаммой или серией машин. Примером является создание рядов четырехтактных двигателей внутреннего сгорания на основе унифицированной цилиндровой группы и частично унифицированной шатунно-поршневой группы. Следует отметить, что изобретатели и рационализаторы широко применяют при решении технических задач методы трансформации (механической, гидравлической, пневматической) и комбинирования. При комбинировании возможны перестановка детали, сборочной единицы или механизма с одного места на другое в пределах одного технического объекта или перенесение элемента с одного технического объекта на другой. Например, сервомеханизм, предназначенный для регулирования гидротурбин, устанавливают на тракторах, автомобилях и других транспортных машинах для облегчения управления.
Лекция 5. Классификация конструкторских задач. Отбор заданий на конструирование и требования к изготовляемым устройствам.
5.1. Классификация конструкторских задач
По содержанию технические задачи делятся на конструкторские и технологические. Кроме того, их также условно можно подразделить на типовые и творческие.
Способы решения типовых задач основаны на применении к конкретным условиям общих принципов, на подведении заданной частной ситуации под какое-то общее правило. Сами данные условия задачи указывают на алгоритм их решения. В задаче, условно называемой творческой, сформулировано определенное требование, выполнимое на основе знания законов физики или техники, но отсутствуют какие-либо указания (прямые или косвенные) на те явления или процессы, законами которых необходимо воспользоваться при решении задачи. В этой задаче связь между искомым результатом и способами решения многозначна. У творческих задач обычно несколько вариантов решения, а границы его неопределенно широкие.
Конструкторские задачи в зависимости от общей цели деятельности классифицируют следующим образом:
— задачи на моделирование — создание объекта по уже известному или по рисунку, чертежу, схеме, эскизу;
— задачи на доконструирование — доработка или поиск отсутствующего звена (узла) технического устройства;
— задачи на усовершенствование или переконструирование — внесение конструктивных изменений для улучшения отдельных показателей работы технического устройства;
— задачи на конструирование по техническому заданию или собственному замыслу.
Конструктору приходится решать задачи, по сути дела, на каждом этапе процесса конструирования технического устройства (частные конструкторские задачи). Например, на этапе «Разработка эскизного проекта» решают задачи по составлению эскизных набросков частей устройства, по их анализу и выбору рационального варианта.