Лекции / Erg&Dis-r

9

Эскизный проект (предварительная разработка общего вида изделия, его групп и основных элементов; предполагается выбор наиболее простой принципиальной схемы, установление базовой конструкции, выбор унифицированных элементов, разбивка на сборочные единицы),

Технический проект (выявляется конструкция изделия и его составных частей, определяется конструктивная форма всех деталей, решение вопросов технологичности заготовок, механической обработки и сборки),

Разработка рабочей документации (доработка всех вопросов технологичности конструкции каждой детали и всего изделия, расчеты, разработка рабочих чертежей, их контроль).

Далее проводится изготовление опытных образцов, выпуск опытной серии и подготовка к серийному производству.

Художественное конструирование осуществляется на всех стадиях технического проектирования. Оно начинается до составления технического задания и завершается доводкой опытного образца.

На стадии предварительного анализа и составления технического задания анализируются прототипы в плане недостатков в технологии, в кинематических и конструктивных схемах, внешнем виде; определяются экономические показатели, связь изделия с человеком и окружающей средой, габариты, мощность, удобство обслуживания, надежность и эффективность.

На стадии разработки художественно-конструкторского предложения разрабатываются варианты компоновки изделия, исследуются функциональные возможности этих вариантов.

10

На стадии эскизного проекта согласуются эскизный поиск с конструктивными возможностями, отделочными материалами, типовыми и унифицированными элементами. Выполняется объемное моделирование (с применением средств вычислительной техники, на наглядных перспективных или аксонометрических изображениях) с целью окончательного выбора варианта.

На стадии художественно-конструкторского проекта и рабочего проектирования завершается объемное проектирование, изготовляют эталон внешнего вида, с точными сведениями о применяемых материалах и их обработке, о цвете, фактуре, покрытиях, лаках и эмалях.

На стадии разработки рабочих чертежей и доводки опытного образца художник-конструктор участвует в разработке чертежей деталей, определяющих форму изделия, в изготовлении опытного образца.

Схема процесса проектирования представлена на рис. 1.1.

Основные особенности и преимущества использования средств вычислительной техники

Для улучшения качества и сокращения сроков проектирования необходима автоматизация проектирования, конструкторских и на- учно-исследовательских работ с применением современных компьютерных комплексов. Эта задача может быть решена только на основе разработки и внедрения комплексных систем автоматизированного проектирования /САПР/, обеспечивающих выполнение проектных работ на ЭВМ на всех этапах.

						11
Стадии			Процедуры			Методы решения			Источники
						задач
разработки			проектирования						информации
						проектирования
			Определение
			потребности	←					Состояние
			проектирования						производства
			машины
			↓
			Определение	←		Граф-сценарий	←		Технические
			цели			целей			журналы, лите-
									ратура, патент-
			↓
			Определение						ные источники,
Техническое									законченные
	←		основных
									проектные раз-
задание			признаков
									работки
			↓
			Поиск вариан-			Мозговой штурм
			тов технических	←		таблицы приемле-
			решений			мости
			↓
			Принятие	←		Матрица решений	←		Опыт эксплуа-
			решения			и др.			тации машин
			↓↑
						Кинематический и
						динамический ана-
			Анализ			лиз, геометриче-
Техническое						ское, компьютер-
	←		принятого	←
предложение			решения			ное и математиче-
						ское моделирова-
						ние; исследование
						модели на ЭВМ.
			↓↑

			Выбор
Эскизный			параметров и
	←		режимов
проект			действия
			машины
			↓↑
Технический	←		Конструирова-
проект			ние машины
			↓↑
			Конструиро-
Рабочая	←		вание
документация			сборочных
			единиц

Обработка статистических данных,

←методы оптимизации; исследование модели на ЭВМ.

←Отработка на технологичность, на-

дежность, эргономичность, эстетичность, прочность.

← Унификация, стандартизация. Работа з моделью на ЭВМ.

Достижения ← науки, опыт

проектирования, государственные

стандарты

←

Рис. 1.1. Процедурная модель проектирования

12

Значение изображения, как средства быстрой и точной передачи информации общепризнанно. Разработано много методов для создания и воспроизведения изображений, однако с появлением современных ЭВМ наступила эра компьютерной графики. Эта дисциплина приобретает все большее значение как одна из основных обеспечивающих подсистем САПР. Именно с помощью компьютерной графики удается реализовать наиболее естественный для инженера-проектировщика процесс создания деталей узлов и конструкций. Основное преимущество здесь – визуализация вводимой и выводимой информации, что обеспечивает проектировщику привычную форму работы с ЭВМ, а также простоту контроля информации – всегда проще найти ошибку на чертеже или графике, чем в большой таблице цифр.

В настоящее время под компьютерной графикой подразумевают совокупность технических, программных, языковых средств и методов связи пользователя с ЭВМ на уровне зрительных образов при решении различных классов задач. Можно сказать, что компьютерная графика – это создание, хранение и обработка моделей обюектов и их изображений с помощью ЭВМ, одним из важных разделов которого является интерактивная компьютерная графика, в которой пользователь может динамически управлять содержанием изображения, его формой, размером и цветом на экране дисплея с помощью интерактивных устройств взаимодействия.

Основной сферой использования компьютерной графики были и до сих пор остаются автоматизированное производство и САПР. Дисплеи вычислительной машины позволяют автоматизировать подготовку

13

чертежей, архитектурных планов, экономических диаграмм, а также схем производственных процессов. Указав вычислительной графической системе размеры узла машины и используя методы построения чертежей в машинном проектировании, можно получить контуры или изображение узла под любым углом зрения. Используя аналогичные графические методы, можно вывести на дисплей и начертить технологическую документацию для изготовления детали. Технологические чертежи позволяют указать траекторию движения инструмента по поверхности заготовки в процессе обработки детали. Затем в соответствии с этими чертежами деталь может быть изготовлена на станках с ЧПУ.

Инженеры-конструкторы автомобильной и других отраслей промышленности пользуются методами машинного проектирования для конструирования формы поверхности изделия. На экран дисплея могут высвечиваться контурные изображения для анализа внешних очертаний объекта как целиком, так и отдельного фрагмента. Уточнения и детализация конструкции могут быть внесены в построенные машиной чертежи на любом этапе проектирования. И, наконец, объемное изображение объекта позволяет конструктору представить окончательный вид изделия без создания макета или опытного образца – это увеличивает скорость проектирования и удешевляет его.

Методы машинного проектирования нашли широкое применение при разработке электрических и электронных схем. Используя графические обозначения различных компонентов, инженеры могут разрабатывать схемы на экране дисплея. Это одна из немногих областей, где достигнута безбумажная технология производства.

14

Архитекторы также пользуются методами машинного проектирования. Планы этажей используются, например, при проектировании расположения комнат, дверей и окон или размещения различного оборудования. Трехмерные изображения позволяют увидеть внешний вид отдельного здания или представить расположение комплекса зданий, застройки новых жилых массивов до его воплощения.

Техника компьютерной графики используется художниками: создание мультипликационных фильмов, спецэффектов и рекламы; генерация орнаментов и узоров для оформления интерьеров и наружных поверхностей объектов строительства, в текстильной промышленности.

Рассмотрены далеко не все задачи, решаемые методами интерактивной компьютерной графики. Но даже из приведенных примеров видна широта диапазона ее применения. Однако, одной из основных ее задач является разработка геометрических представлений и математических моделей проектируемых изделий, решение задач, связанных с определением формы и положения деталей и узлов объекта в пространстве. Это направление принято называть геометрическим моделированием с помощью ЭВМ.

15

ЛЕКЦИЯ 2.

Эргономика – основа конструирования. Эргономический анализ изделия. Требования эргономики к изделию машиностроения. Общие сведения о бионике.

Эргономика – основа конструирования

Эргономика (от греческого "работа" + "закон") как научная дисциплина возникла на стыке технических наук, психологии, физиологии, гигиены, анатомии, биомеханики, антропологии, биофизики и многих других. Эргономика является комплексной наукой и изучает вопросы приспособления орудий и условий труда к человеку, его функциональные возможности и особенности с целью создания оптимальных условий для высокопроизводительного и надежного труда. Среди этих особенностей следует выделить три:

−Антропометрическое соответствие – правильный выбор параметров конструкции с точки зрения анатомических особенностей человеческого тела, физической силы, возможностей движения с учетом рабочего положения;

−Физиологическое соответствие – учет особенностей чувств человека (зрения, слуха, осязания и обоняния);

−Эстетическое соответствие – обеспечение эмоционального удовлетворения человека от зрительного восприятия с точки зрения эстетики (гармоничность форм, пропорции, цвет, масштабность) при полном соответствии изделия его функциональному назначению.

16

При проектировании промышленных изделий (машин) необходимо учитывать технико-экономические требования ("машинный фактор") и требования человека ("человеческий фактор").

Изучая психофизиологические свойства и антропометрические данные человека, вырабатывая на этой основе рекомендации для практического использования в процессе проектирования изделий новой техники, эргономика выступает как естественно-научная основа художественного конструирования. Оптимальное решение задач эргономики связано с эргономическим анализом, в результате которого определяют степень согласования конструктивных и функциональных особенностей изделий и рабочей среды с возможностями человеческого организма. Эргономический анализ должен выполняться на всех этапах разработки (техническое задание, эс- кизно-техническое и рабочее проектирование) и в процессе эксплуатации изделия. Результатом анализа является количественная и качественная оценка необходимой степени приспособления предмета к человеку.

Эргономический анализ изделия

Определение степени соответствия изделия эргономическим требованиям предусматривает:

-изучение условий эксплуатации. Исследуются климатические условия, продолжительность работы оператора на открытом воздухе, периодичность работы по временам года и времени суток;

-определение роли человека в работе машины. Устанавливается соблюдение принципов распределения функций между человеком и машиной;

17

- эргономические исследования. Проводится объективная оценка организации действий человека, системы управления, органов контроля и сигнализации, удобства ремонта и обслуживания изделия. При эргономическом анализе изделий машиностроения, снабженных кабинами для оператора, исследуется также производственная среда (выполняются санитарно-гигиенические замеры для сравнения их с существующими нормами, определяется эффективность защиты оператора от неблагоприятных внешних воздействий.

А н а л и з д е й с т в и й ч е л о в е к а

1.Оценка позы оператора и ее изменений: положение корпуса во время работы стоя (прямое, наклоны вперед, вбок), наличие ножных органов управления, частота и длительность пользования ими (статический компонент работы); возможность чередования поз (стоя, сидя); поза при работе сидя (удобство, параметры кресла, необходимость их регулировки, характер амортизирующих устройств); антропометрическое соответствие пространства для ног, подлокотников кресла.

2.Выясняется целесообразное распределение движений рук и ног оператора в системе "человек – машина".

3.Выясняется соответствие рабочих движений оператора ана- томо-физиологической структуре тела.

А н а л и з с и с т е м ы у п р а в л е н и я 1. Изучается назначение, частота использования, размещение с

учетом зон досягаемости; обзор органов управления ( ОУ ); основные направления движения ОУ, их соответствие формам и амплитуде движений в тех суставах человека, на которые падает основная

18

нагрузка; согласованность перемещений ОУ, стрелок индикаторов и управляемых частей машин.

2.Измеряются усилия, прикладываемые к ОУ, и выявляется соответствие их оптимальным и максимально допустимым значениям с учетом частоты использования и потребности в сервомеханизмах.

3.Устанавливается наличие фиксации ОУ в определенных положениях; различимость различных ОУ по цвету, форме, движениям, надписям, размещению, способу действия; удобство ОУ для захвата и фиксации; исключение возможности травмирования и деформации конечностей оператора.

4.Оценивается размещение надписей относительно ОУ.

А н а л и з о р г а н о в к о н т р о л я и с и г н а л и з а ц и и

1.Определяются типы индикации (звуковая, зрительная, осязательная).

2.Устанавливается наличие устройств, сигнализирующих об аварийных ситуациях; способы подачи аварийного сигнала; размещение его в зонах, удобных для восприятия; наличие помех для восприятия сигнала.

3.Измеряется угол наклона панелей приборов к зрительной линии; оценивается размещение надписей, относящихся к органам контроля и сигнализации ( ОКиС ).

4.Выполняется эргономическая оценка характеристик приборов: форма шкалы, ее соответствие необходимой точности считывания показаний, выполнение надписей на шкалах (четкость, читаемость, контраст с фоном); цветовое решение индикаторов – выделение оптимальных, предупреждающих и опасных зон режимов