Эвристические методы проектирования по курсу Проектирование нестандартного оборудования
 Скачать 191 Kb.
|
|
Министерство образования и науки Российской Федерации Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования Пермский национальный исследовательский политехнический университет Аэрокосмический факультет Кафедра «Инновационные технологии машиностроения» направление 151900 «Конструкторско-технологическое обеспечение машиностроительных производств» РЕФЕРАТ На тему «Эвристические методы проектирования» по курсу «Проектирование нестандартного оборудования» Составил студент группы ТКА-16-1бзу К.А. Снегирёв Принял: преподаватель С.Г. Ярушин Пермь 2019 г. СодержаниеСодержание 3 Введение На сегодняшний день существуем масса разработанных эвристических методов, которые активно используются в науке. Они рождаются в результате анализа иже выполненных проектных разработок. Несмотря, их большое количество не существует одного универсального метода, каждый из них предназначен для конкретного случая, а иногда рекомендуют применять и ряд методов, поскольку основное их предназначение заключается в активизации творческой деятельности. Все это достигается следующими мерами:
Как правило, на практике применяется ряд проверенных методов, которые целесообразно использовать как без применения, так и с применением компьютеров. К таким методам относятся:
Эвристический прием представляет собой предписание или указание, как преобразовать имеющееся или аналогичное техническое решение (ТР) или в каком направлении искать, чтобы получить искомое решение. Эвристические приемы имеют свойства, характерные для эвристических методов. Данный метод основан для того, чтобы усовершенствовать что-либо, он позволяет не только соединять по-новому известные части, но и изобретать новые. Существует несколько способов усовершенствования задачи: логический анализ недостатков, перенесение и приспособление аналогичного решения задачи в природе или в другой области знаний, либо в результате случайных изменений. При успешном решении какой-либо творческой задачи, человек получает два результата: это само решение поставленной задачи и методический опыт. Но проблема состоит, по сути, в том, что решение одной задачи нельзя просто перенести на решение другой. По этой причине только после решения определенного числа задач у человека появлялся набор правил, указаний или приемов решения какой-либо задачи. Такие методические правила называют эвристическими приемами. Эвристический прием - краткое правило или указание. Эвристический прием содержит подсказку, но он не гарантирует нахождения решения. В использовании эвристических приемов существует определенная сложность, так как человек, работающий с задачей не видит ее в целом. Каждый человек по-разному представляет решение задачи, именно поэтому для него сложно выбрать определенный эвристический метод для конечного ответа. Но перед решением задачи должны быть описаны и уяснены критерии, по которым будет оцениваться полученное решение. Именно с помощью четко поставленных правил возможно понять, как найти решение той или иной задачи. Со временем у эксперта появляется опыт работы с эвристическими приемами. Наибольшее количество эвристических приемов как раз и ориентировано на преодоление противоречий. Противоречие в задаче - ситуация, требующая одновременного улучшения двух противоречивых показателей качества, и совмещения, казалось бы, несовместимых требований. Первое, что приходит в голову в ситуации с противоречиями - найти наилучшее соотношение между показателями. В случае если потенциальные возможности структуры объекта велики, то на этом пути иногда удается получить приемлемые значения всех показателей. При этом удается это не всегда. Следующим шагом при решении задачи будет переход к новой структуре, тогда, когда компромисс и возможности предыдущей структуры неприемлемы. При этом предпочтительным является иной вариант действий. Как показывает опыт, во многих ситуациях содержатся скрытые ресурсы, использование которых позволяет кардинальным образом разрешить противоречие. Такими скрытыми, во многих случаях, являются три вида ресурсов: временные, пространственные и "бросовые". К "бросовым" мы относим ресурсы, имеющиеся в системе (но, как правило, не считающиеся ресурсом, по крайней мере, в рамках решаемой задачи), использование которых не связано с какими-то дополнительными затратами. Наиболее продуктивные способы разрешения противоречий - разнесение их во времени, пространстве или использование "бросовых" ресурсов. Эти общие рекомендации могут иметь различную трактовку в конкретных ситуациях. Многие эвристические приемы могут быть успешно использованы в самых различных областях техники. Они со временем морально не стареют и оказываются полезными для других изобретателей. Именно на этих свойствах основывается метод эвристических приемов, который интегрирует в методически доступной форме опыт многих изобретателей. Метод эвристических приемов основывается на межотраслевом фонде эвристических приемов. Этот фонд содержит описания 258 отдельных эвристических приемов (ЭП), которые разделены на 15 групп (таб. 1). Таблица 1 Характеристика межотраслевого фонда эвристических приемов
Можно выделить следующие шесть последовательных этапов в постановке и решении творческой инженерной задачи методом эвристических приемов: 1. При использовании метода эвристических приемов можно ограничиваться предварительной формулировкой задачи. Более глубокий и плодотворный поиск решения с помощью метода эвристических приемов осуществляют на основе уточненной постановки задачи. 2. Решение задачи начинается с выбора подходящих эвристических приемов. Исходной информацией для этого являются: - конкретный прототип, который требуется улучшить; - главный недостаток прототипа, который необходимо устранить; - главное противоречие развития прототипа, которое требуется устранить; Исходя из этой информации, просматривают в таблице наименования групп эвристических приемов и наиболее подходящие группы. В каждой из этих групп просматривают все эвристические приемы, которые представляют интерес для рассматриваемой задачи. Если выбор групп эвристических приемов вызывает затруднения, то наиболее подходящие эвристические приемы отбирают путем просмотра всего фонда. 3. Преобразование прототипа начинают с помощью выбранных приемов. При этом фиксируют идеи улучшенных технических решений в виде короткого описания или (и) упрощенной схемы. Следует заметить, что у межотраслевого фонда эвристических приемов есть одно сильное свойство, которое называем эвристической избыточностью. Во-первых, многие задачи могут быть решены независимо разными эвристическими приемами, а во-вторых одновременное использование двух и более эвристических приемов приводит к их взаимному усилению в смысле облегчения нахождения улучшенного технического решения. Таким образом, с помощью отдельных приемов и наборов эвристических приемов получают множество улучшенных допустимых технических решений. Если при этом не удается получить удовлетворительного улучшенного решения, то рекомендуется наиболее перспективный из найденных вариантов принять за прототип и снова повторить его обработку с помощью подходящих эвристических приемов. 4. Следует напомнить, что множество улучшенных допустимых технических решений получено только с учетом главного недостатка или главного противоречия развития. В дальнейшем эти решения используются как прототипы для поиска новых улучшенных технических решений, учитывающих другие недостатки и противоречия развития. В результате получают новое множество улучшенных допустимых технических решений. 5. Для найденных в четвертом пункте технических решений проводят анализ их совместимости со смежными и вышестоящими по иерархии техническими объектами. При этом составляют таблицы. Сопоставительный анализ результатов таких таблиц для разных улучшенных технических решений позволяет обоснованно выбрать наиболее эффективное из них. Для особо перспективных вариантов делаются попытки устранить нетерпимые отрицательные последствия. При этом могжет быть использован метод эвристических приемов или методы мозговой атаки. 6. Работа по пунктам 2-5 выполняется для всех прототипов, рекомендуемых в постановке задачи. В результате формируется достаточно полное множество улучшенных технических решений, из которого предстоит выбрать перспективные варианты для дальнейшей проработки. Такой выбор производится с учетом главных критериев развития и показателей, а также с точки зрения патентоспособности. Следует отметить, что метод эвристических приемов только повышает возможность получения допустимого улучшенного технического решения, но не гарантируем нахождение такового. И у разных пользователей этого метода (как и других эвристических методов) часто получаются разные результаты, что в большой мере зависит от приобретенных навыков и природных способностей. Межотраслевой фонд эвристических приемов для отдельных пользователей (изобретателей) является «чужим» инструментом, малоудобным и малоприспособленным к конкретной творческой личности. В связи с этим каждому начинающему изобретателю и рационализатору рекомендуется работать над созданием индивидуального фонда эвристических приемов, т.е. над созданием своего, более удобного и эффективного инструмента. Можно дать следующие рекомендации по формированию индивидуального фонда эвристических приемов: 1.Выбор из межотраслевого фонда наиболее подходящих эвристических приемовс учетом специфики решаемых задач(области техники, в которой работает изобретатель) и своих симпатий к определенным эвристическим приемам. При этом возможно и желательно изменить форму изложения эвристических приемов, сделать ее более понятной, образной, эмоционально насыщенной и ориентированной на интересующий класс задач. 2. Подбор для каждого эвристического приема в индивидуальном фонде примеров решения творческих инженерных задач из своей области или функционально близких областей.При подборе примеров следует иметь в виду, что они должны играть двойную роль. Во-первых, это аналогичная решенная задача, помогающая плодотворно использовать эвристические приемы при решении новой задачи. Во-вторых, пример может быть использован как готовое или наполовину готовое решение в рассматриваемой задаче. Вероятность таких случаев может быть высокой, поскольку примеры берутся из своей или близких областей техники. 3. Разбор и анализ последних решенных задач и запатентованных технических решенийв своей области и функционально близких областях. Особое внимание следует обращать на новые образцы техники на уровне лучших мировых достижений. При этом тщательно изучают моменты перехода от прототипа к улучшенным техническим решениям и формулируют новые обобщенные эвристические приемы, подбирают более удачные примеры решения творческих инженерных задач, прототипы и другую полезную информацию. В результате такой работы происходит расширение и обогащение индивидуального фонда эвристических приемов. 4. Изучение конструктивной эволюции технического объекта для выявления и формулировки эффективных эвристических приемов, ориентированных на интересующий класс изделий или технологий, и подбора для них интересных примеров решения творческих инженерных задач. 5. Существует интересный и эффективный способ оперативнойформулировки эвристических приемовдля решения конкретной творческой инженерной задачи. Суть способа состоит в том, что для имеющегося прототипа Рk по патентным описаниям строят ретроспективную цепочку конструктивной эволюции:  ,где Pk-1 – это прототип для технического решения Pk; Pk-2 – прототип для Pk-1 и т.д. Далее проводят анализ переходов  , , и формируют обобщенные эвристические приемы, обеспечивающие такие переходы. Полученные эвристические приемы используют для получения новых решений Pk+1 от прототипа Pk.6. Обобщение опыта. После каждого удачного решения творческой инженерной задачи изобретатель должен обобщить свой опыт, т.е. рассмотреть возможность формулировки новых эвристических приемов на основе решенной задачи или возможность ее использования как примера. Пример использования метода эвристических приемов Для иллюстрации примера воспользуемся книгой Половинкина А.И. «Основы инженерного творчества» Снятие гипсовых повязок связано с двумя неудобствами:
Требуется изобрести способ, устраняющий указанные неудобства. Для решения этой задачи подходят два эвристических приема. Прием 1: изменить направление действия рабочей силы или среды; Прием 2: заранее расставить объекты так, чтобы они могли вступить в действие с наиболее удобного места и без затрат времени на их доставку. Решение. Для предупреждения травм и облегчения снятия повязки проволочную пилу помещают в предварительно смазанную подходящей смазкой трубку, выполненную, например, из полиэтилена, и заранее загипсовывают под повязку при ее наложении. Распиливать повязку можно от тела наружу.
Рассмотрим некоторые из эвристических приемов преодоления технических противоречий, иллюстрированные примерами из области техники и технологии легкой промышленности. Каждый из приемов довольно универсален и отражает наиболее эффективные принципы преобразования объекта.
Ковш одноковшового экскаватора со сплошной полукруглой режущей кромкой, отличающийся тем, что для обеспечения быстрой и удобной замены сплошной режущей кромки последняя выполнена из отдельных съемных секций.
Столкновение самолетов с птицами вызывают иногда тяжелые катастрофы. В США запатентованы самые различные способы отпугивания птиц от аэродромов (механические чучела, распыление нафталина и т.д.). Наилучшим оказалось громкое воспроизведение крика перепуганных птиц, записанное на магнитофонную ленту. Отделить птичий крик от птиц - решение конечно, необычное, но характерное для принципа вынесения.
Способ подавления пыли в горных выработках, отличающийся тем, что, с целью предотвращения распространения тумана по выработкам и сноса его с источника пылеобразования вентиляционным потоком, подавление пыли производят одновременно тонкодиспергированной и грубодисперсной водой, причем вокруг конуса тонкодиспергированной воды создают пленку из грубодисперсной воды.
Фары автомобиля должны работать в разных условиях: правая должна светить ярко и далеко, а левая - так, чтобы не слепить водителей встречных машин. Требования разные, а устанавливались фары всегда одинаково. Лишь несколько лет назад возникла идея несимметричной установки фар: левая освещает дорогу на расстоянии до 25 метров, а правая - значительно дальше.
Спасательное водолазное устройство для вывода на поверхность людей, оказавшихся в воздушных мешках отсеков затонувших судов, с применением шлем-масок, отличающееся тем, что с целью повышения эффективности спасательных операций, производимых водолазом, оно выполнено в виде одной или двух шлем-масок, снабженных шлангами и арматурой для присоединения к штуцерному крану, вмонтированному в водолазный скафандр, от которого производится регулирование подачи воздуха в шлем-маски (рис. 1)  Рисунок 1. Спасательное водолазное устройство
Кухонные банки для хранения сыпучих продуктов изготавливаются разных размеров для того, чтобы при продаже можно было поместить их внутрь друг друга и таким образом значительно сократить место при хранении.
Гладильный стол фирмы "Файт" (Запaдный Берлин) снабжен специальным кронштейном с подвижным роликом и связанной с ним подпружиненной подвеской для электропарового утюга. Это техническое решение значительно облегчает работу при влажнотепловой обработке изделия.
C целью уменьшения коро6ления композиционного материала последний при изготовлении и сушке изгибают в сторону, противоположную приклеиваемому покровному слою. Предложена новая конструкция пояса с нейлоновой прокладкой. Особенностью предложенной конструкции является то, что прокладке придается определенная форма, которая закручивает пояс внутрь. При наклоне человека вперед пояс с прокладкой хорошо выдерживает образующийся изгиб и быстро восстанавливает прежнюю форму.
C целью повышения качества и производительности выполнения технологической операции дублирования при изготовлении одежды клей на детали, подлежащие дублированию, наносят заранее. Специалисты Великобритании предлагают текстильным предприятиям придавать тканям необходимые для швейного производства технологические свойства в процессе их отделки и подвергать ткани соответствующим испытаниям. Так, ткани не должны стягиваться при прокладывании строчки, срезы их не должны осыпаться и т. д. B настоящее время текстильные предприятия уделяют внимание лишь приданию тканям хорошего вида, драпируемости, блеска. Непригодность же тканей по технологическим свойствам обнаруживается уже слишком поздно - на раскройном столе или в процессе пошива. В связи с этим на швейном предприятии приходится принимать соответствующие меры, очень трудоемкие и дорогостоящие. Отделочная деталь с помощью клеящего вещества временно прикрепляется к основной детали одежды. После этого ее легко и удобно настрочить на машине.
Предлагается специальный вкладыш, используемый для вкладывания в сумки, портфели и чемоданы, предотвращающий деформацию изделий при их хранении и транспортировке. Вкладыш изготовляется в виде оболочки, наполняемой сжатым воздухом, в результате чего она может принимать различные размеры и форму, соответствующие форме и внутренним размерам изделий.
Ручной утюг совершенствуется в направлении частичного освобождения человека от переместительных и силовых приемов. Так, утюг подвешивается тягой к роликовой каретке, покоящейся на направляющих станины. При обработке шва изделия на колодке оператор не затрачивает мускульной энергии на поднятие утюга при выполнении переместительных приемов.
При испытании новых моделей спортивных костюмов для конькобежцев и горнолыжников эти неподвижные модели одежды в аэродинамической трубе обдувают воздухом. На смену традиционной технологии обработки объекта, например, манжеты мужской сорочки, при которой последняя перемещается под головкой швейной машины, приходит принцип обхода неподвижного объекта подвижной головкой машины.
Особенно удобны при выполнении сложных работ ножницы криволинейной формы (рис. 2), используемые при резании по кривой, обрезке края, фигурном раскрое и т. п. Примером реализации данного принципа является создание и использование винтового конвейера для транспортировки готовых изделий (верхней одежды) из цеха влажно-тепловой обработки в склад предприятия.  Рисунок 2. Ножницы криволинейной формы
Разработана одежда, предназначенная для альпинистов и лиц, работающих в условиях резкого перепада температур. Одежда имеет вид куртки, на полочке которой выполнены складки, снабженные разъемными застежками молниями. Размеры складок и размещение застежек таково, что в процессе эксплуатации складки могут собираться и расправляться, изменяя соответствующим образом объем одежды. Предложенная конструкция позволяет быстро изменять форму одежды в зависимости от климатических условий. Предложена атлетическая обувь, массу которой можно увеличивать путем вкладывания специальных грузов массой 170 - 340 г. Обувь состоит из подошвы, сформованной из вспененной резины, и верха, союзка которого соединена с помощью шнурков. В носочных и задних частях обуви ближе к подошве выполнены специальные карманы, в которые закладывается груз закрепления карманов после вкладывания грузов осуществляется с помощью само сцепляющихся застежек. Химики предсказывают, что будут созданы материалы, меняющие цвет при особом облучении и сохраняющие его в течение определенного времени. Появятся легкие ткани с шелковистой атласной поверхностью и прочностью стали, терморегулируемые материалы, в которых в зимнюю стужу будет тепло, а в летний зной прохладно - при перемене температуры они смогут менять свой объем и, следовательно, регулировать приток и отток тепла.
При окраске цилиндрических деталей на них подают краску с избытком, окуная в ванну, а затем вращением детали лишнюю краску удаляют.
Перспективной является технология с применением оборудования для изготовления объемных деталей и обработки объемных полуфабрикатов. B Японии разработан опытный образец автоматического устройства, которое перемещается в заданном направлении относительно объемного плечевого изделия, расположенного на манекене, и соединяет детали изделия. Для выполнения строчки на объемных деталях предполагается создание совершенно новой швейной машины. Изобретены мужские брюки, которые можно носить как на лицевую, так и на изнаночную стороны. Брюки снабжены карманами, которые при эксплуатации брюк на одну сторону имеют вид накладных, а при эксплуатации на другую - прорезных.
Формование текстильных изделий с использованием вибрации позволяет интенсифицировать технологический процесс и повысить качество обработки, а вибрационные конвейеры позволяют автоматизировать подачу фурнитуры в зону пришивания их на полуавтомате. B США разработана ультразвуковая установка для очистки одежды от загрязнения и пятен, в которую входят ультразвуковой генератор, пистолет и емкость c очищаемым растворителем. Ультразвуковые колебания в волноводе усиливаются и концентрируются в наконечнике пистолета. поскольку колебания концентрируются в очень малой зоне, достигается высокий очищающий эффект при очень непродолжительном действии на изделие.
Так, повышение частоты вращения главного вала швейной машины (уменьшение периода цикла петлеобразования) позволяет сократить затрату машинного времени при выполнении операции. B качестве примера использования этого принципа можно назвать и применение метода перфорации для копирования рисунков.
Например, при работе за вращающимся лабораторным столом не надо вставать со стула, так как можно легко придвинуть к себе нужный участок стола. Увеличивает степень непрерывности выполнения технологических операций соединения (скрепления) пачки деталей кроя в цепочку. Машины карусельного типа для дублирования деталей швейных изделий (рис.3) имеют не менее трех рабочих секций: первая - для укладывания деталей; вторая - для формования и третья - для охлаждения  Рисунок 3. Машина карусельного типа.
Применение этого принципа широко используется в автоматических системах регулирования и управления Технологическими объектами легкой промышленности (например, при управлении процессом влажно-тепловой обработки швейных изделий по информации о температуре и влажности обрабатываемого полуфабриката).
B процессе влажно-тепловой обработки изделий из полимерных материалов использование водяного пара в качестве посредника для передачи тепловой энергии от нагретой верхней подушки гладильного пресса обрабатываемому изделию позволяет значительно интенсифицировать процесс перевода волокон материала в высокоэластическое состояние, обеспечить равномерность прогрева обрабатываемого изделия по всему объему.
Данный принцип нашел широкое применение во многих швейных машинах и полуавтоматах, для которых разработаны различные устройства обрезки ниток после стачивания. K ним относятся также устройства останова иглы швейной машины в заданном положении и закрепления строчки; подъема лапки; укладывания деталей в пачку и др. Данные устройства обеспечивают сокращение затрат времени на выполнение вспомогательных приемов.
Этот принцип был широко применен при разработке новых способов раскроя текстильных и кожевенных материалов. Вместо механического ножа в новой технологии специалисты предлагают применять раскрой лучом лазера, плазменный или электроискровой раскрой. При разработке интегрированных рабочих мест пошива швейных изделий вместо механических устройств применили электрические, электромагнитные и пневматические исполнительные элементы с использованием фотоэлектрических устройств для выполнения приемов ориентации обрабатываемых деталей. Важным моментом для всех пуговичных полуавтоматов является "опознание" пуговицы, которое сводится к определению ее лицевой стороны (положение "лицом вверх"). Одним из способов такого "опознания" является фотоэлектрический, при котором определяющим фактором является чистота обработки пуговицы, от которой отражается световой луч, выполняющий роль датчика, дающего команду опознающему механизму.
B области влажно-тепловой обработки швейных изделий предлагается использование надувного манекена, форма которого изменяется с помощью компьютера. При этом пресс-форма также может изменяться в зависимости от размеров одежды и других требований. B настоящее время разработаны и применяются ленточные раскройные машины со столом, имеющим перфорированную поверхность. При включении пневматического устройства через отверстия одновременно с воздухом подаются находящиеся под поверхностью стола пластмассовые шарики. Образующаяся воздушная подушка и шарики значительно облегчают перемещение раскраиваемого настила.
Вместо трубчатых электронагревателей верхней подушки гладильного пресса используют полупроводниковую Пленку, Нанесенную на рабочую поверхность подушки. Чтобы избежать сдвига ткани в процессе раскроя на настилочном столе с вакyyмным отсосом, ее накрывают полиэтиленовой пленкой. Широко применяется полиэтиленовая пленка и для упаковки верхней одежды. Список литературы
|