TERVEZÉS-INFORMATIKAI FÜZETEK
DR.
KAMONDI LÁSZLÓ
TERVEZÉSELMÉLET
MISKOLCI EGYETEM 2002
1
Készült az Oktatási Minisztérium megbízásából. Szerzõdéskötõ Hatóság: VÁTI Területfejlesztési Igazgatóság (NARD)
Fõprojekt címe:
Phare HU0008-02 ESZA-típusú kísérleti projekt a képzésbõl a munka világába történõ átmenet támogatására
Alprojekt címe:
Phare HU0008-02-04 A felnõttoktatás és az élethosszg tartó tanulás lehetõségeinek javítása
Projekt címe:
Phare HU0008-02-04-0005 Moduláris Tervezés-informatika tanfolyam mûszakiaknak.
Projekt vezetõ:
Dr. Takács György egyetemi docens
Lektorálta:
Dr. Jakab Endre egyetemi docens
Miskolc-Egyetemváros, 2003 március.
2
Tartalomjegyzék
1. A mûszaki termékek tervezéének- és fejlesztéének folyamata
3
1.1. A terméktervezés áttekintése
5
1.1.1 A termékvilág szerepe az emberiség életében
5
1.1.2 A termékfunkciók értelmezése, csoportosítása
7
1.1.3 A termék életútja
8
1.2. A terméktervezés
11
1.2.1 Jelentõsége
11
1.2.2 A tervezést motiváló tényezõk
11
1.2.3 A terméktervezés lépései
12
1.3. Feladatkitûzés 1.3.1 Célleírás
14 15
1.3.2 Igényjegyzék (követelmények, feltételek, kötöttségek) összeállítása 16 1.3.3 Feladatkitûzési terv 2. A termék konstruálásának folyamata
16 19
2.1. Definíciók
20
2.2. A termék funkcióelemei és –mûveletei
21
2.2.1. A funkcióelemek
21
2.2.2. A konstruálás folyamatának elemei
24
2.2.3. Fizikai funkciómûveletek és hatásuk
25
2.3. Fizikai hatások
32
2.4. Hatáshordozók
32
2.5. A termékkonstruálás folyamatának lépései
35
2.6. A konstruálás folyamatának terméktõl függõ jellege
38
2.7. A funkcióstruktúra fejlesztése
39
2.8. Megoldás elvek fejlesztése, hatásszintézis
42
2.9. A termék formai kialakítása, a megtervezés
44
2.9.1. A kialakítás lépései 2.9.2. A kialakítás alapszabályai és elvei 2.9.3 . A termék kialakításának variációs elvei 3. Esettanulmány
44 46 48 52 3
3. 1. Terhelést korlátozó szerkezet fejlesztése 3. 1. 1. Feltételek és követelmények a szerkezet megvalósításához
52 53
3. 1. 2. A funkcióstruktúra meghatározása
54
3. 1. 3. A megoldás variációk elõállítása
56
3. 1. 4. A kialakítás
58
3. 2. Kötéstechnikai megoldások
60
3. 2. 1. Vezeték rögzítése sik felületre 3. 2. 2. Lemezvég kötések Irodalom
60 60 61
4
1. A mûszaki termékek tervezésének és -fejlesztésének folyamata Bevezetés Az emberi élet igényei (lehetnek spontánok vagy gerjesztettek) a piac szereplõitõl folytonosan változó magatartást követelnek meg. A piac szereplõi a vásárlók (az igény hordozói), a forgalmazók (az igény közvetítõi) és a termék, mely hivatott az igény kielégítésére. A terméktõl, mint a piac egyik legfontosabb szereplõjétõl elvárják, hogy - az igények gyors kielégítésével, - az elvárt funkció megbízható teljesítésével, - a megkívánt minõségben, - az igénnyel arányos költségen és - a környezettel kapcsolatos elvárásokat kielégítve jelenjen meg. Ahhoz, hogy egy adott igényt kielégítõ termék a piacon megjelenjen, elõször azt ki kell gondolni, az elõbbi feltételeket kielégítve ki kell fejleszteni, elõ kell állítani, be kell vezetni a piacara és értékesíteni kell. A felsoroltak mindig egy folyamatosan ismétlõdõ megújító, alkotó tevékenység sorozatot, innovációs folyamatot jelentenek. Az innováció folyamatának nagyobb- és egyben súlypontibb (alkotó) része a fejlesztõ- és termelõ bázisokon (kis- és nagy vállalatoknál, vállalkozóknál) valósul meg. Ezt a folyamatot az 1. ábra szemlélteti, melybõl kiolvasható, hogy: - Egy
a
termékre
vonatkozó,
az
igényekbõl
fakadó
célkitûzés
megfogalmazásával indul, ami egy elhatározott stratégia és az annak megfelelõ döntés eredménye. - A célkitûzésektõl inspirálva kialakul az a termékre vonatkozó elképzelés (egy termék ötlet vagy egy továbbfejlesztési javaslat), amely várhatóan alkalmas lesz arra, hogy a megvalósítás után a piacon a felismert vagy prognosztizált igényeket kielégítse úgy, hogy kondícióit tekintve is versenyképes lesz. Ezt a két lépést együtt a terméktervezés folyamatának nevezik. - A termékre vonatkozó elképzelés után kezdõdik az a tevékenység sorozat, amely az elképzelést eljuttatja egy valóságos termék elõállításához szükséges teljes tervdokumentációhoz. Ebben a tevékenység sorozatban kell biztosítani 5
mindazon feltételek teljesülését, melyeknek a termék meg kell, hogy feleljen. Ez egyben a termék fejlesztési folyamata. Ebben a folyamatban súlyponti szerepet kap a tervezés, mely kiterjed a konstrukciós tervezésre, a gyártástervezésre, a
6
1.1. ábra. Az innovációs folyamat fázisai
7
marketing tervezésre. Ezen tervezési elemek egymástól nem függetlenek, a teljes tevékenységsorozat alatt egymásra építve és épülve oldják meg a kitûzött feladatot, alkotják meg a terméket. - Az innovációs folyamat utolsó szakaszában a kidolgozott tervek alapján életre kelthetõ (gyártható, szerelhetõ, csomagolható és szállítható), majd a piacon megjeleníthetõ a termék, tehát az a termék melyre az egész innovációs folyamat tevékenység-elemei irányultak. Az innovációs folyamat megvalósítása elsõsorban a kreatív-, együtt tevékenykedni tudó emberek munkájának, valamint
a technikai eszközöknek, az
eljárásoknak és technológiáknak, az alkalmazott módszereknek a hatékony integrált igénybevételével lehetséges.
1.1. A terméktervezés áttekintése 1.1.1 A termékvilág szerepe az emberiség életében A tudatára ébredt ember, a kezdetektõl napjainkig, élete fenntartása, biztonságosabbá, jobbá, kényelmesebbé és szórakoztatóbbá tételéhez az
eszközök
sokféleségét -az egyszerûtõl a bonyolultig (az éktõl a számítógépig)- alkotta meg. Ezek az eszközök a fejlõdés során az egyszerû csere árúból piaci termékké váltak. A ma emberét és az emberi társadalmakat az igények sokfélesége jellemzi. Eze-ket az igényeket a helytõl és idõtõtl függõen különbözõ mennyiségû, minõségû és funk-ciójú termékek elégítik ki. A termék funkcióján elsõ közelítésben itt az embertárgy viszonyt kell érteni. A sokféleség és vele együtt a mennyiség hozta létre a termékvilágot. Az egyes ember- és az emberiség együttes tudásával kölcsönhatásban fejlõdött a termékvilág és érte el mai fejlettségi állapotát. Ezt a fejlõdést és formálódást szemléltetheti egy csavarvonal, melyet az 1.2. ábra mutat be. Az emberi tudás fejlõdése, mozgása egyrészt az elméletben, a tudományokban, másrészt tárgyiasult formában (termékben) jelenik meg. A fejlõdés változást eredményezett, melyet a termékmozgás közvetített. A termékmozgást (innovációt) segítõ tényezõk között újak is megjelentek, mint új miõôségek, szokások, ember-tárgy viszony, nemzetközi kooperáció. Az emberiség fejlõdéstörténetében voltak megtorpanások, mélypontok (lásd pl. háborúk), mely megmutatkozott a termékvilág egy részének funkció változásában is.
8
Ez azt jelentette, hogy speciális, különleges funkciót hordozó termékek nem a kor szokásainak megfelelõ, normális emberi igényeket elégítettek ki, hanem ún. pol-tikai érdekeket, célokat is szolgáltak ill. esetenként szolgálnak ma is. Ezért nem elha-
nyagolható szempont, hogy a tervezõ, mint ember, mihez adja szakmai tudását, szellemiségét.
1.2. ábra. Termék és tudás fejlõdés A termékvilág fejlõdésében és fejlesztésében a valódi mozgatórugóként az emberiség reális igényeink kielégítése kellene, hogy lényeges szerepet játszón. Minden más motiváció, mint pl. a mértéktelen felhalmozás vagy a fegyverkezés egyensúly rombolóvá válik. Az
emberiségnek
természetes
törekvése,
hogy
öltözködjön,
étkezzen,
egészséges legyen, lakjon valahol, utazzon, informálódjon és szórakozzon stb., röviden
megfogalmazva,
termékelképzeléseket
hogy
civilizáltan
éljen.
Az
igények
keltette
létre kell hozni. Ahogy természetes az igény a ruhára,
ugyanúgy természetessé válik, hogy annak anyagát elõ kell állítani, azt meg kell varrni, esetenként ki kell mosni, majd vasalni. A termékvilág súlypontját ma ezek az elsõdleges- vagy emberközeli termékek adják. Az emberek közvetlen elsõdleges igényei természetszerûleg hozzák magukkal a termékek egy másik csoportjának szükségességét, mely az innováció technikai bázisát jelentõ technológiai eszközöket, tárgyakat foglalja magába. Ezt a csoportot gyûjtõ néven elõállító vagy technológiai 9
termékeknek is nevezik. Az elõzõek alapján, a termékvilág az emberi igényekhez való viszonya alapján megközelítõen két nagy csoportra osztható úgy, mint elsõdleges- és másodlagos termékek. 1.1.2 A termékfunkciók értelmezése, csoporosítása Az emberközeli termékek csoportjában jelentõs fejlõdésnek indultak a közlekedési-, a munkahelyi elektronikai-, a menedzser- és a háztartási eszközök. Ez a fejlõdés megköveteli a termékekben a nagy szerkezeti integráltságot, a termékekkel szembeni felelõsség
vállalást,
az
intuitív
motivációk
erõsödését.
Az
igények
differenciálódásával erõsödik az önmegvalósulás, az önkifejezés igénye, ezzel új vevõcsoportok alakulnak ki, elõtérbe kerül az egy termék-egy vevõ megoldás. Változik és egyben felértékelõdik
a termékek- tárgyak szociológiai, szociális,
pszichológiai funkciója. Összefoglalva, a termékek és tárgyak emberi igények kielégítését szolgálják. Nincs olyan tárgy, amely közvetve vagy közvetlenül ne ezt tenné. Az igényeket a termékek szolgáltatásai, tulajdonságai elégítik ki. A tulajdonságok jól kiválasztott csoportjai ill. ezek kombinációjának halmaza teszik alkalmassá a termékvilágot az emberi szükségletek kielégítésére. A termékeknek e tulajdonságait általános értelmezésben funkciónak nevezzük. A termékfunkciók különbözõ ismérvek szerint csoportosíthatók. A csoportosítás szempontjából érdekes a vevõi motivációk rendszere. Igy jellegre az alábbi csopoõtokat lehet megkülönböztetni: - gazdasági, - technikai, - pszichológiai, - szociológiai, - dokumentáris. A gazdaságossági funkció azt fejezi ki, hogy a termékelõállítás folyamatába bevitt erõforrásokat miképpen, milyen módon, milyen hatékonysággal alakítja át termékké, ill. nyereséggé. Amíg a gazdasági funkció a termék elõállítási folyamatának gazdaságossági oldalát fedi le, addig a technikai funkció a termék használhatóságát, felhasználásának módját fejezi ki. Minden célzás nélkül, találkozhatunk olyan termékekkel, amelyek
10
gazdaságosan elõállítottak, de rövid idõ után nyilvánvalóvá válik, hogy nem alkalmazhatók semmire, tehát bóvlik. A pszichológiai funkció azt fejezi ki, hogy a termék milyen lelki, érzelmi hatást vált ki a felhasználójából. Ez a termék és a vevõ találkozásának a pillanatában dõl el, tehát a piacon. Itt meg kell említeni a reklám által kiváltott elõzetes várakozás és a tény-leges találkozás pillanatában kiváltott hatást. Hasonló jelenség, ill. hatás játszódik le az ember-munkaeszköz kapcsolatban is, mely a munkaeszköztõl való megválást vagy ahhoz való ragaszkodást válthatja ki. A szociológiai funkciót a felhasználók, vevõk társadalmi hovatartozása hordozza és mindez kapcsolatos a szokásrendszerükkel. Nagy jelentõséggel bírhatnak akár a nemi, életkori, nemzetiségi, szokásbeli hovatartozások is. Ez a funkció sokszor a gazdasági- és technikai funkcióknál is fontosabbá válhat. A dokumentális funkció a vásárlók és a terméktervezõk számára egyaránt sok és pótolhatatlan információt hordoz. A termékrõl leolvasható mindaz ami a konkurencia elemzése során csak más eszközökkel és fáradságos munkával szerezhetõ meg. Ezért a termék ma is a legfontosabb és leghatékonyabb információhordozó eszköz. 1.1.3 A termék életútja A termékek iránti igényt általában egy meghatározott- vagy egy anonim vevõkör kelti fel. Természetesen nem törvényszerûen következik be ez igy, azonban minden esetben jelen van a piac, mint háttér és annak elemzése. Az ilyen igényt fel kell ismerni és a felismerést (gondolatot) el kell juttatni arra a szintre, ahol már körvonalazható a termék funkciója, az elérni
kívánt
vevõkör, tisztázható az a
feltétel- és igényrendszer amely mellet a terméket meg kell valósítani. A termék életében ezt a szakaszt a termék megtervezésének, azaz terméktervezésnek nevezik. A termék ebben a fázisban nem tárgyiasult formában, hanem fogalmi szinten, írásos formában, esetleg körvonalrajzon vagy forma-modellben jelenik meg. A funkciót hordozó fizikai elvek és hatások általában még nem tisztázottak és nem kijelöltek. A termék konkretizálása, a fejlesztési folyamatba bekerülve a konstruálással (tervezéssel) folytatódik, melynek eredményeképpen egy gyártásra érett, dokumentált termék áll rendelkezésre. A termék a gyártás és szerelés fázisában kel életre, kapja meg tárgyiasult formáját és hordozza azokat a funkciókat melyek életre hívták. 11
Az elkészült termék egy kereskedelmi láncon keresztül a felhasználóhoz kerülve, rendszeres karbantartás és javítás mellett meghatározott ideig üzemel, ill. mûködik. Ez az idõ több tényezõtõl is függ, pl. nem érdemes már javítani vagy nem javítható, elavult stb. A termék az életpályája végén bekerülhet egy újrahasznosítási körbe, ahol elemeit, esetleg részegységeit újra felhasználják, alapanyagként újra hasznosítják
vagy véglegesen semlegesítik. A termék életútjának ilyen megközelítése technikai oldalról történt, melyet az 1.3. ábra is szemléltet és mûszaki életútnak nevezik.
1.3. ábra. Termék életpálya technikai oldalról 12
A termék természeténél fogva a megvalósítása útján költséggel is jár, de a végsõ cél a nyereség termelése. Az életút ezen megközelítése gazdasági oldalról történik és gazdasági életútnak nevezik. Ennek jellegét nagyon jól szemlélteti az1.4. ábra, melyen látható, hogy a forgalom megindulásáig csak ráfordítás jelentkezik, majd ez bizonyos idõ alatt a bevétellel kiegyenlítõdik, majd átmegy a nyereség termelõ szakaszba. A piac telítõdésével a nyereség
csökken. Reklám
és egyéb
más
eszközökkel idõszakos növekedés elérhetõ,de ez már az életút tartamának csak nagyon kis hányada lehet.. A termék életútjának egy másik megközelítése az, amikor az egyes elemek kapcsolatában megjelenik az irányítás, a visszacsatolás, a termék elõállítás és termékkövetés is, leegyszerûsítve a menedzsment, ezt az 1.5. ábra szemlélteti.
1.4. ábra. Termék életpála gazdasági oldalról
13
1.5. ábra. Termék életpálya szervezési oldalról
1.2. A terméktervezés 1.2.1 Jelentõsége Az ipari fejlõdés mutatója és egyben mozgatója a versenyképes termékek tervezése, fejlesztése és elõállítása. A termék életútjátjából is látható, hogy egy bizonyos idõ után csökken a kereslet, tehát indokolttá válik az un. termékváltás. A ma termékeinél ez az idõ 3-5 év. A termék ebben a korában már nem tudja betölteni valamelyik termékfunkció szerepét, pl. esztétikait. Ugyanakkor új korszerû terméket rövid idõ alatt kell az elképzeléstõl a megvalósításig eljuttatni, azaz sokkal rövidebb idejûnek kell lenni az innovációs ciklusnak. Azt az idõt, ami ehhez szükséges, biztosítani kell. Ennek biztosításához egyrészt az emberi tudás és kreativitás, másrészt a folytonosan fejlõdõ módszerek és segédeszközök állnak rendelkezésre. Eszközök vonatkozásában lényeges szerep jutott a számítógépeknek. Lehetõvé teszik nem csak a nagy mennyiségû információ tárolását, hanem gyors feldolgozását, elemzések elkészítését is. A szer-kesztési, tervezési munkát gyorsabbá, pontosabbá teszik. Elõsegítik a szerkezetek térbeli megjelenítését, a kapcsolódó elemek helyzet és méret illeszkedésének ellenõrzését, a termék formaadását.
1.2.2 A tervezést motiváló tényezõk 14
A terméktervezést alapvetõen a környezeti tényezõk motiválják. A környezetet a vállalaton belül és azon kívül uralkodó viszonyok jelentik ill. határozzák meg. A külsõ befolyások (1.6. ábra) közé tartozhat pl.: - a világgazdaság (pl. az árfolyam politikájával), - a nemzetgazdaság (pl. az infláció mértékével, a munkaerõ minõségével és foglalkoztatásával), - a beszerzési piacok (pl. beszállítói- és alapanyagpiac), - a politika és a törvények (pl. az embargóval, környezetvédelmi elõírásokkal), - a technika (pl. az alkalmazott eljárások színvonalával), -
a felvevõ piac.
A felsoroltak mindegyike lényeges szerepet játszik, de mégis alapvetõ jelentõségû a felvevõpiac szerepe (mint inspiráló is). Ez a piac jellegét tekintve lehet keresleti- és kínálati piac. Egyiknél és másiknál is a termékelôallítás folyamatában mutatkozik szûk keresztmetszet. Az elsõ esetben a gyártás, a második esetben a tervezés és fejlesztés a szûk keresztmetszet.
1.6. ábra. A fejlesztést befolyásoló tényezõk A belsõ befolyások a közé tartozhat pl.: 15
- a termelõbázis (vállalat) felépitése (pl. termékorientált), - a személyi összetétel (pl. a tervezõgárda képzettsége), - gazdasági erõforrások (pl. befektetési képesség és -lehetõség), - a termelõbázis nagysága (pl. a vállalás és a teljesítés kérdése), - a gyártórendszer felépítése (pl. a gyártási technológiák változtathatósága), - a termékprogram (pl. az egymásra- ill. egymásból épülés leheõsége), - vállalatirányítás (menedzsment), - know-how (pl. fejlesztési, gyártási tapasztalatok). 1.2.3 A terméktervezés lépései A céltudatos terméktervezést a folyamatjelleg jellemzi (1.7. ábra). Ez azt jelenti, hogy az inspirációtól a termék megvalósításának elindításáig több fontos, nem kihagyható lépést meg kell valósítani. E lépéseket jellemzi, hogy mindig tevékenységeket, tevékenység elemeket és eredményt tartalmaznak. A folyamat jellegbõl adódóan bemenõ- és kimenõ információk jellemzik. A bemenõ információk forrása, ill szolgáltatója a piac a környezet és a vállalat.
16
Az 1. lépés a helyzet elemzése, melynek eredményeképpen világossá válik a piac- vállalat kapcsolatban a lehetõség kérdése. Világossá válik, hogy hogyan lehet pl. meglévõ termékkel új piacokon, új termékkel meglévõ piacokon és új termékkel új piacokon megjelenni. Egy ilyen elõrejelzés a legkockázatosabb, de egyben a legkifizetõdõbb is lehet.
1.7. ábra. A terméktervezés folyamata 17
A 2. lépés a kutatási stratégia kijelölése. Az eredmény egy javaslat azokra a kutatási területekre, amelyeken érdemes a befektetés, az új termékelképzelések keresésére. A 3. lépés a termék elképzelések keresését és megtalálását foglalja magába. Új termékfunkciók (feladatok), új megoldáselvek kereshetõk. Általában két megoldási út lehetséges, egyrészt egy új feladatkitûzés (új piaci igény), mely egy új vagy régi megoldáselvvel valósul meg, másrészt egy új megoldáselv, mellyel egy régi feladatkitûzés kerül megoldásra. A lépés eredményei az új termék elképzelések. Az eddigi lépések megoldásában nagy segítséget jelentenek a vásárlói kívánságok, a közvélemény kutatás, a szabadalmak, a piaci prognózis, csoportdinamikai módszerek (Brainstorming, stb.). A 4. lépésben gazdasági-mûszaki megfontolások (kritériumok) alapján az elképzelések válogatására kerül sor. Felismerhetõvé kell tenni a fejlesztésre érett elgondolásokat. A kiválasztott elképzelések az 5. lépésben még pontosításra (átvilágításra) kerülnek és végül rögzítõdik, mint termék javaslat. A terméktervezés elõbbi fázisai egy átfogó tevékenységet jelentenek a termék fejlesztésének megkezdése elõtt. A tevékenység eredménye végül is egy feladatkitûzés megfogalmazásának és egy un. igényrendszer felépítésének a megalapozása.
1.3. Feladatkitûzés Minden termékfejlesztési folyamatot meg kell, hogy elõzzön a célok megfogalmazása. A cél a feladatkitûzés formájában jelenik meg. A célok megfogalmazása sokszor nagyon nehéz, ezért alapos, többszöri átgondolást igényel, mivel eldöntheti a termék sikerét vagy sikertelenségét és ezzel elkerülhetõk a hibás fejlesztések. Vitás esetekben a vállalkozó és megrendelõ között egy gondosan kimunkált feladatkitûzés fontos dokumentumként szolgálhat. A gyakorlatban a feladatkitûzés, mint követelményjegyzék, mint specifikáció, mint megrendelõlista is megjelenik. A feladatkitûzésnek tartalmaznia kell minden, a fejlesztés számára szükséges orientáló adatot és ismeretet. Ide számít az eredeti célok leírása, a megoldásokat meghatározó feltételek listája is. Ebbõl következik a feladatkitûzés tagolása - célleírásra és - igényrendszer (követelmények, feltételek, kötöttségek) leírásra.
18
1. 3. 1. Célleírás A célleírás alatt a fejlesztendõ terméktõl elvárt célok, célfunkciók (szolgáltatások, tevékenységek, mûködés) rögzítését kell érteni úgy, hogy közben nem jelöltük ki a megoldás(ok) útját, és nem korlátoztuk azok számát sem. Világítsuk ezt meg egy példán: A fejlesztendõ termek egy fûnyíró. Ha célleírásban a rendszer energia felvételét, mint bemenõ információt, a villamos energiával korlátoznánk, ezzel a lehetséges megoldások számát is korlátok közé szorítanánk. Megjegyezzük, hogy már a fûnyíró megfogalmazás is korlátozást jelent. Egy cél elérhetõ több különbözõ mûszaki funkción keresztül is, de igaz ennek a megfordítottja is: egy mûszaki funkció több célt is szolgálhat. Pl. egy ventilátor felhasználható hûtéshez (energia szállítási funkció) vagy egy tér levegõjének cseréléséhez (anyag szállítási funkció), ahol mindkettõnek más a célja. Az elõzõ gondolatmenet kifejezhetõ matematikai formalizmussal is, azaz egy meghatározott célra kigondolt megoldás (M) a célnak a függvénye
M
f ( CÉL ) .
(1.1)
Minden kitûzött cél számára általában több megoldás létezik. A létezõ megoldások összessége (MG) a kitûzött céltól függ
M G f ( CÉL ) .
(1.2)
A célleírás egy feladatkitûzés általános formája. Az igényjegyzék a létezõ megoldásokat leszûkíti egy M T számú megoldásra. Az M T vagy egyenlõ nagyságú az M G - vel vagy annál kisebb, tehát irható MT
f (CÉL, Igényjegyzék) ,
MT MG .
(1.3)
Az igényjegyzék által korlátozott megoldások száma tovább csökkenthetõ, ha az a kérdés vetõdik fel, hogy optimális-e a megoldás, azaz valamilyen optimalizálási feltétel kapcsolódik be a további szelektálásba. Az optimalizálási cél lehet a költségtakarékos megoldás vagy a funkcióbiztos megoldás, esetleg ezek valamilyen kombinálása. Lehet az igények szintjét olyan magasra is emelni ahonnan már nem származik megoldás. Az igények sokfélesége, azok fontossága mind olyan tényezõ, 19
amely a létezõ megoldások
sokféleségét szûkíti le. Ez a szûkítés mindig a célt
legjobban kielégítõ megoldás irányába mutat. A termék az elõbbi gondolatmenet alapján az alábbi általános függvénnyel irható le
Termék f ( CÉL , s1 I 1 , s 2 I 2 , ... sn I n ) .
(1.4)
Az I i -k a meghatározott igényeket az s i -k pedig az igények fontosságát, azaz súlyozó tényezõjüket jelölik.
1.3.2
Igényjegyzék összeállítása A termékre vonatkozóan mindig érdekes kérdés az, hogy vajon milyen
igényeknek feleljen meg? Minden termék általában valamilyen rendszernek a része (pl. vasút - út - híd - alagút vagy villanyborotva - csatlakozó - hálózat - generátor), ezzel egy rend-szerhez való tartozásnak is meg kell felelnie. A terméket egy meghatározott piac szá-mára állítják elõ (pl. fejlõdõ ország, fejlett ország), ezért fontos
hogy
megfeleljen
kör-nyezeti
feltételeknek,
törvényi
elõírásoknak,
szokásoknak, stb. A teljesség igénye nélkül a mûszaki termékekre vonatkozóan, mint mankó, az alábbi területeket lehet az igénylista összeállításába bevonni, mint feltétel szállítókat: - a piac feltételei, - környezeti- és társadalmi feltételek, - termelési-, kereskedelmi- és más rendszerfüggõ feltételek, - rendszersajátos feltételek. Pl. a rendszersajátos feltételek mögött azt kell látni, hogy számos termék egy összetett rendszer része, ezzel egy sor paramétere kötötté válik. Ha egy villanyborotvát nézünk, azonnal szembeötlik, hogy elektromos energiával mûködik és ennek a csatlakozástól az érintésvédelemig rögzített paraméteri vannak. Ettõl természetesen el lehet térni, de ez gazdaságilag nem indokolt, a versenyképesség feltétele pedig azt meg sem engedné.
3.3.3 Feladatkitûzési terv A fejlesztési hibák elkerülése érdekében a fejlesztés megkezdése elõtt végig kell gondolni a fejlesztendõ termék céljainak és célkitûzéseinek megvalósításához szükséges sajátosságokat.
20
A feladatkitûzõk lehetnek vásárlók, termelõ vállalatok vagy terméktervezõ irodák. A gyakorlat azt mutatja, hogy a feladatkitûzésben lévõ hibák és határidõk nagyon költséges és hibás fejlesztést eredményezhetnek. A fejlesztõmérnök számára, ezért fontos, hogy az új eredményeket, a piaci helyzetnek a változásait, idõrõl-idõre a feladatkitûzésben rögzíttesse. Már a kezdeteknél alkalmazva ezt a karbantartást, sokkal olcsóbb, mint késõbb érezni annak hiányát a pótlólagos költségekben. Milyen információkat tartalmazzon a feladatkitûzés? Természetesen minden olyan információt, adatot, dátumot, feltételt, kívánságot, követelményt, korlátot, célt, stb., amely körültekintõen behatárolja, egyértelmûsíti a fejlesztési feladatot. Címszavakban rövid kiegészítéssel ezek a következõk lehetnek: Cím: Cél:
a munkának a címe, a termék vagy a projekt megnevezése. milyen célokat vagy problémákat kell a tervezendõ termékkel megoldani. Milyen fejlõdést kell elérni egy a már létezõ termékkel.
Költség:
a megengedhetõ gyártási-, üzemeltetési-, karbantartási-, javítási- és semlegesítési költségek.
Darabszám:
darabszám évente vagy összesen.
Határidõ:
a fejlesztésre, a gyártásra, a kipróbálásra, a szállításra, stb. vonatkozóan.
A technikai helyzet:
a konkurens termékek, versenyhelyzet.
Piac:
vevõk, országok, célcsoportok.
Képesség (funkció):
milyen képességekkel rendelkezzen a termék és milyen funkciókat kell a terméknek megvalósítani?
Teljesítõképesség:
teljesítmény,
sebesség,
fordulatszám,
erõ,
nyomás,
forgatónyomaték, hossz, szög, bit/sec, stb. A feldolgozandó anyag ki- és bemenõ állapota:
a kimenõ- és bemenõoldali feldolgozandó anyagok (alapanyag, termék, stb.) állapotának ill. fizikai, kémiai sajátosságainak leírása.
Hatásfok:
elérni kívánt, növelés mértéke.
Pontosság:
méretpontosság, reprodukálhatóság, megengedett hiba.
Környezeti hõfok:
maximális és minimális környezeti hõmérséklet.
21
Méret:
a méretetekre vonatkozó korlátozás, térfogat, építési nagyság.
Súly:
tömegre, súlyra, tehetetlenségi nyomatékra vonatkozó korlátozás, stb.
Megbízhatóság:
a szükséges információ.
Élettartam:
idõ, üzemóra, körülfordulások száma, stb.
Megjelenés:
forma, szín.
Rendszerhez való tartozás:
a fejlesztendõ terméknek, mint mûszaki rendszernek a
rendszeréhez való tartozás feltételei, pl. háztartási gép villamos hálózat, közlekedési eszköz - út - híd -alagút, másológép - papírformátum, stb. Környezet:
a környezet hatása a mûszaki rendszerre, pl az esõ, köd, pára, napsugárzás, hó, jég, hõmérséklet, légszennyezés, légnyomás, gravitáció. Az emberek, az állatok és/vagy a virágok hatása a termékre. A termék hatása a környezetre a károsanyag kibocsátás, a zaj, rezgés és sugárzás révén.
Biztonsági elõírások és törvények:
az élet és az egészség biztonságára, a baleset elleni védelemre, zaj és gázemisszióra, stb. vonatkozó törvények, vizsgálati elõírások, szabványok.
Ergonómia:
az embernek a mûszaki rendszerrel való együttmûködési feltételei.
Termék felépités:
a fejlesztend termék építõsor vagy építõszekrény vagy más eleven legyen-e kialakítva. Milyen kiegészítés és/vagy különleges megjelenés kell indokolt esetben?
Anyagok:
az elõzetesen meghatározott anyagok.
Gyártás:
az elõzetesen meghatározandó gyártási eljárások, ill elõnyben részesítés, pl. a termék mûagyag vagy sajtolt elemekbõl álljon.
22
Szerelés:
a már meglévõ gyártó- és/vagy szerelõ szerszámok alkalma-zása, szerelõrobotok, stb.
Szállítás:
a szállító eszközökkel (daruk, közlekedési eszközök, robotok, konténerek, stb.) szembeni feltételek.
Karbantartás:
karbantartási- és javítási feltételek.
Újrahasznosítás:
az újraértékesítés, a felújítás, a semlegesítés, stb. feltételei.
A feladatkitûzésnél természetesen a termék típusától (jellegétõl) függõen kell az igényeket az adott esetnek megfelelõen összeállítani.
23
2. A termék konstruálásának folyamata A tervezési (konstruálási) folyamat a benne végbement tevékenységek eredményeképpen, valamilyen megvalósítható terméket eredményez. Lényeges kérdés, hogy a folyamat eredménye jellegét tekintve milyen lesz, egy merõben új termék vagy egy megújított termék. Továbbá nem elhanyagolható szempont, hogy a folyamat egészében gazdaságosan és gyorsan valósul-e meg. Ezért lényeges a konstruálás folyamatát analizálni és leírni, hogy annak részbeni vagy egészbeni automatizálása révén a konstruálásra fordított idõ és a költség csökkenjen. Az igények rögzítésében, a módosítások vezetésében sokat segít egy táblázatos megoldás (1.1. táblázat), mely tartalmazza a termékre vonatkozó azonosítást, a felelõst, a módosítás/bevezetés dátumát, az igény típusát. Vállalat Igényjegyzék megnevezés a (projekt, termék) számára (Embléma) Módo- K Igények sítások ** * O Kr Rendezõ jegyek Geometria Kinematika Erõk Energia Anyag Jel (információ) Biztonság Ergonómia Gyártás Ellenõrzés, vizsgálat Szerelés Szállítás, csomagolás Felhasználás, karbantartás Újrahasznosítás, mentesítés Költség, idõ
1.1. táblázat Azonosítás Osztályozás Lap: Oldal: Felelõs
Szerkezeti adottság esetén Építõcsoportként (részrendszer) és építõelemként (rendszerelemek), ill. komplex funkcióként A módosítás kiadva
.........-tól
19
Megjegyzés a megjelölésekhez: *A módosítás dátuma. **Követelmény (K); kívánság, óhaj (O); Korlátozás (Kr); ((mennyiség, minõség) megjelöléssel)
2.1. Definíciók Tervezés (konstruálás), fejlesztés alatt szokásos általában mindazokat a tevékenységeket értik, amelyek a termék megvalósításához vezetnek, mint pl. a funkcióstruktúra keresése, fejlesztése, megoldáselvek v. kapcsolási tervek elõállítása, variációk képzése, skiccelés, megtervezés, kialakítás (durva vagy finom), részletezés, mére-tezés, mérés, számítás, vizsgálat, értékelés, szelekció stb. Konstruálás alatt, tehát minden olyan tevékenységet érteni kell, amely egy mûszaki alkotás (termék) kifejlesztéséhez vezet.
2.1. ábra A konstruálásnál a tevékenységek tartalmukat tekintve néhány alaptípusban összefoglalhatók: - szintetizáló jellegû tevékenység, melynek eredménye a sokféle megoldás változat, - analizáló- és elemzõ jellegû tevékenység, amely alapvetõen a megtalált megoldás-változatoknak a kialakítás követelményei szerinti megfelelését vizsgálja, - értékelõ tevékenység a kevésbé megfelelõ megoldások, pl. építõcsoportok, alkatrészek szelektálása,
20
- ismétlõ jellegû tevékenységek a kevésbé megfelelõ változatok újbóli, ill. megismételt fejlesztésére (2.1. ábra). Visszautalva a termékfejlesztéshez megadott célfüggvényre (1.4), összegezhetõ, hogy Konstruálással jelölik mindazon tevékenységeket, amelyekkel elérhetõ, hogy egy kitûzött feladat számára az optimális mûszaki megoldás kidolgozható. Ezzel összefüggésben optimális vagy kielégítô (használható) megoldás alatt értik azt a megoldást, amelyik meghatározott ideig (élettartamig) a kitûzött célt az leõírt biztonsággal teljesíteni tudja úgy, hogy közben a gyártás és az üzemeltetés gazdaságossága biztosítható. 2.2. A termékek funkcióelemei és -mûveletei 2.2.1 A funkcióelemek A mûszaki rendszerekkel (gépek, szerkezetek, készülékek) kapcsolatban gyakran felvetdik a kérdés, vajon mit is csinálnak? Az szinte nyilvánvaló, hogy befogadnak valamit, azzal tesznek valamit, tárolják azt, majd továbbítják. Ami egyértelmû, hogy ki- és bemeneti oldaluk (metszetük) van, mely két oldal teszi lehetõvé a szomszédos rendszerekhez való kapcsolódás tiszta és világos feltételeit. A két oldal között, mely nem azonos paraméterekkel, sajátosságokkal bír, valamilyen tevékenység történik. Ez a tevékenység az energiára, anyagra és jelre (információra, adatra) irányul. Az energiát, az anyagot, az adatot meg lehet változtatni, tehát a megváltoztat a mûszaki rendszerekben egy gyûjtõfogalom, mely mögé mindig tevékenységi módokat kell érteni, mint pl. átalakít, elszigetel, vezet, összegyûjt, szétoszt stb.
2. 2. ábra. A mûszaki rendszer általánosítása 21
Az anyag fogalomkörébe a természetes és mesterséges anyagok mellett az élõlényeket igy az embereket is bele kell érteni kell. Az emberek védelmét építmények szolgálják (az épületek pl. elszigetelnek, ill. védenek a hidegtõl, széltõl, esõtõl stb.). Az anyag számára az út, a híd, az alagút stb. vezetékként szolgál. A mûszaki rendszerek egy általános, célirányos leírása a ki- és bemeneti oldalak közötti
anyag-, az energia- és a jelfolyam (a megváltoztatás tárgyai, eszközei)
megadásával lehetséges (2.2. ábra). A mûszaki rendszerekben gyakran mind a három típus elõfordul, de nem azonos fontosság szerint. A belsõégésû motornál annak ellenére, hogy mind a három jelen van fontosabb szerepet mégis az energia átalakítása játszik. Az elsõdleges cél egy cél eszköznek a realizálása, minden más csak másodlagos. Ennek megfelelõen a mûszaki rendszerek - energia, - anyag és - adat átalakító rendszerekre tagolhatók. A gépek, eszközök és készülékek fogalma alatt mit kell érteni, ha az anyag, az energia és a jel átalakításáról van szó? - Gépek azok a mûszaki rendszerek, amelyeknek elsõdleges célja, hogy az energiát valamilyen módon átalakítsák és/vagy egy energiafolyamot (energia átvitelt) fenntartsanak. - Eszközök azok a mûszaki rendszerek, amelyeknek elsõdleges célja, hogy az információt, ill. adatot valamilyen módon átalakítsák és/vagy egy információ- folyamot fenntartsanak. - Készülékek azok a mûszaki rendszerek, amelyeknek elsõdleges célja, hogy az anyagot valamilyen módon átalakítsák és/vagy az anyagfolyamot fenntartsák. Kivételként megemlíthet néhány nem konzekvens példa pl. az írógép vagy a fényképezõgép, melyeknek elsõdleges célja nem az energia átalakítása (noha gépnek nevezzük õket), hanem az információátalakítása (kódolása), a mezõgazdasági gépek elsõdleges célja az anyag átalakítása és nem az energiáé. Az atomerõmûvekben alkalmaznak nátrium-szivattyút, mely anyagot szállít úgy, hogy nincsen benne mozgó alkatrész, mégis gépként kell szerepelnie. A nátrium-szivattyú elsõdleges célja, hogy az anyagnak energiát szolgáltasson tehát anyaghoz energiát kössön. Hasonló a
22
transzformátor esete is, melyben szintén nincs mozgó alkatrész mégis gép, mivel az elsõdleges célja ezt határozza meg, azaz energia komponenst átalakít. A mûszaki rendszerek, függetlenül a felosztástól, kezelhetõk úgy, mint egy fekete doboz, melynek be- és kimenet van. A doboz szimbolizálja a rendszer belsejét és a rendszer határát. A mûszaki rendszerekbe bemegy az energia-, az anyag- és az információ (bemenet), a dobozban ezzel a folyammal történik valami, pl. megváltozik vagy változatlanul átvezetõdik egyik oldalról a másikra. Mit tehet a mûszaki rendszer az energiával ill. annak komponenseivel? Átalakíthatja pl. mechanikaiból elektromosba, kémiaiból termikusba vagy erõt elektromos feszültséggé. A mûszaki rendszer képes fizikai nagyságokat (jellemzõket megváltoztatni). Tud skalár értékeket növelni vagy csökkenteni (pl. erõ, út, feszültség), vektoriális fizikai nagyságok irányát megváltoztatni, különbözõ energiákat összekeverni vagy szétválasztani (fény felbontás), elektromos áramot vezetni vagy szigetelni. Összegezve megállapítható, hogy a mûszaki rendszerek az energiát ill. annak komponensei - átalakíthatják, - növelhetik vagy csökkenthetik, - vezethetik vagy szigetelhetik, - oszthatják vagy gyûjthetik, - keverhetik vagy szétválaszthatják. Mit tehet a mûszaki rendszer az anyaggal? Átalakíthatja pl. mágnesessé vagy nem mágnesessé, esetleg szupravezetõvé, jellemzõ tulajdonságait növelheti (pl. keménység) vagy csökkentheti (pl. villamos vezetõképesség), a különbözõ anyagokat összekeverheti vagy szétválaszthatja (pl szín, méret szerint), anyagokat összekötheti ill. elválaszthatja (pl. hegesztés, ragasztás, vágás, fûrészelés), egyik helyrõl a másikra vezetheti vagy ezt megakadályozhatja (vezet vagy elszigetel) Összegezve megállapítható, hogy az anyaggal kapcsolatban az alábbi elemi tevékenységeket lehet definiálni egy mûszaki rendszerben - átalakítás (az anyag egy további sajátosságot kap vagy vesz fel), - növelés vagy csökkentés (az anyag tulajdonságértéke nõ vagy csökken), - vezetés vagy szigetelés (A-ból B-be vezet ill. egy másik tértõl elszigetel), - elválaszt vagy összekapcsol ( erõ két anyagot összekapcsol vagy elválaszt), 23
- szétoszt vagy összegyûjt (anyagmennyiséget szétoszt vagy összegyûjt), - szétválaszt vagy összekever (anyagféleségeket az ismérveik alapján összekeveri vagy szétválasztja). Mit tud tenni a mûszaki rendszer (és/vagy egy élõlény) az adatokkal? A mûszaki rendszer és/vagy az élõlény - az adatokat információvá alakítja vagy változtatja (ezt csak az élõlény teheti meg a mûszaki rendszer nem), - adatokat tárol, - adatokat továbbítanak vagy izolálnak, - adatokat átkódolnak. Az adatok és a jelek a természeti- és mûszaki rendszerekben csak eszközök az energia és az anyag megváltoztatásához. Azokban a rendszerekben ahol az elsõdleges cél az információval kapcsolatos tevékenység, ott az energia és az anyag mint segítõk biztosítják az elsõdleges cél megvalósítását.
2.2.2. A konstruálás folyamatának elemei A konstruálási (felépítési) folyamat elemeinek tekinthetõk mindazon anyagi és nem anyagi eszközök (ún. építõkövek, építõelemek), amelyekbõl egyrészt a mûszaki rendszer (mint termék) áll, másrészt azok amelyekre a konstruktõrnek a termék megalkotásához (építéséhez) szüksége van. Ezek azok az elemek, amelyekbõl a funkcióstruktúra felépítése, az elvi megoldások és végül a valóságos szerkezet összeépítése kigondolható. Melyek ezek az elemek? A termékeket (mûszaki rendszereket) mindig egy meghatározott cél kielégítésére fejlesztik. Ahhoz, hogy a fejlesztési feladat megoldható legyen, a célt(okat) kielégítõ funkciókat (=tevékenység elemeket) meg kell találni és ezeket össze kell kapcsolni, azaz ún. funkcióstruktúrába kell rendezni (= kapcsolási terv). Ezek a tevékenység elemek (funkciók) a konstruktõr számára vagy már megoldás szintjén ismertek vagy tudja, hogy ezeket valamilyen megoldással realizálni kell. Egy másik fontos folyamatelem a hatások, elvek és törvények felismerése. A fizikai-, kémiai- és biológiai elvek és hatások azok, amelyeket a konstruktõr a funkciók megvalósításához felhasználhat. A hatások ún. hatáshordozókon keresztül érvé-nyesülnek. A különbözõ típusú hatáshordozók (szilárd anyagok, folyadékok,
24
gázok,
elektromos-,
mágnesestér,
a
gravitációs
mezõ,
stb.)
az
alternatív
megoldásokhoz kidolgozásához szükségesek. Egy további fontos folyamatelem a kialakítás, mellyel felületek-, építõelemek-, építcsoportok- stb. paraméterei, az energia típusok és -állapotok kerülnek meghatározásra. Összefoglalva, a konstruálás folyamatának legfontosabb (egyben alkotó tevékenységet is meghatározó) elemei: - funkcióelemek és struktúrák, - fizikai-, kémiai- és biológiai hatások, - hatáshordozók, - kialakítás elemek (paraméterek), - felületek és felületstuktúrák, valamint - energia típusok és energia állapotok meghatározása. 2.2.3. Fizikai funkciómûveletek és hatásuk A keresett rendszerbe valamilyen módon bevitt energia, anyag és jel (információ/adat) vagy megváltozik vagy nem. A rendszer növelhet vagy csökkenthet pl. fordu-latszámot, átalakíthat elektromos energiát fényenergiává, vezethet anyagot egyik helyrõl a másikra stb. A mûszaki rendszer tehát tesz valamit (tevékenykedik). Annak a teljes leírását, amit a mûszaki rendszer tesz, a következõkben csak funkcióként említjük. Egy tevékenység rövid formában is leírható, pl. elektromos ener-giának mechanikai energiává alakítása EE
EM,
vagy a fordulatszám növelése n1-rôl n2-re n1
n2.
a. Funkció alapmûveletek a bevitt energián A természetben, a technikában különbözõ formában vannak jelen az energiák. Az energiának különbözõ formái lehetnek, mint pl. kémiai energia (éghetô anyagok), kinetikus energia (lendítõkerék), potenciális energia (süllyeszthetõ test), rugalmas energia (rugó), termikus energia és még más formák. Felmerülhet a kérdés, alapvetõen mi tehetô az energiával és annak komponenseivel? Energia-komponenseken olyan fizikai nagyságokat kell éretni, mint erõ, út, nyomás, hõmérséklet, elektromos áram, elektromos feszültség stb. 25
Az energia az egyik formájából átalakítható egy másikba, pl. termikus energia mechanikai energiává (gõzturbina). Komponensek nem csak skaláris értékeikkel, hanem irányukkal is jellemzettek. Az energia átalakítása ezen komponensekre is vonatkozik. Az energiák és energia-komponensek átalakítását, ill. megváltoztatását, mint átalakítás mûveletet definiáljuk. Átalakításon a tevékenységek mindazon típusát kell érteni, amelyek azt szolgálják, hogy az energia vagy energia-komponens egy másik formába át tudjon alakulni.
26
2.3. ábra . Energia mûveletek Gyakran elõforduló tevékenység, hogy valamelyik fizikai nagyság skaláris értékét kell megváltoztatni, pl. növelni vagy csökkenteni. A fordulatszám növelhetõ és csökkenthetõ, hasonlóan a forgatónyomaték is egy fogaskerék hajtómûvel, a feszültség a transzformátorral, a nyomás nyomás átalakítókkal. 27
Növelés vagy csökkentés alatt minden olyan tevékenységet érteni kell, mely azt szolgálja, hogy a fizikai nagyságok skaláris értékét (erõ, feszültség, út stb.) megváltoztassa A mûszaki rendszerekben, ill. részrendszereikben számos fizikai nagyság vektor jellegû. Egy hajtómûnél a forgásirány mellett a tengely helyzetének megváltoztatása irányváltást is jelent. Irányváltoztatáson minden olyan tevékenységet kell érteni, amely azt szolgálja, hogy vektor jellegû fizikai nagyságokon irányváltozás valósuljon meg. Az energiának egyik helyrõl a másik helyre történô átviteléhez vezetõre van szüksége. Az energia, erõ, mozgás és más fizikai nagyságok vezeték/vezetés nélküli átvitele nem lehetséges. Anyag jellegû vezetõkre (pl. gáz, folyadék vagy szilárd anyag számára) van szükség. Vezetésen ill. vezetõn mindazon tevékenységet kell érteni, amely az energiának ill. komponenseinek az átvitelét megvalósítja. Minden olyan tevékenység, amely ezt megakadályozza szigetelés (izolálás). Az energián végezhetõ összes tevékenységet a 2.3. ábra fogja rendszerbe és adja meg a tevékenység szimbólumát is. A fenti mûveteken kívül van még néhány un. másodlagos mûvelet, mint pl. - kapcsol (kikapcsol/bekapcsol), - egyenirányít/oszcillál (az átalakít mûvelet egy célirányos változata, mellyel pl. forgó mozgásból lengõ mozgás és fordítva állítható elõ), - forrás/nyelõ (pl. a természeti energiák). b. Funkció alapmûveletek a bevitt anyagon A mûszaki rendszerek egy nagy területének, igy a gépészeti rendszereknek is az a célja, hogy az anyagot valamilyen módon megváltoztassa. Az anyagoknak adhatók olyan tulajdonságok amelyekkel addig még nem rendelkeztek, de igaz fordítva is, mivel tulajdonságaiktól meg is lehet fosztani az anyagokat, olyanoktól is, amelyek sajátosan jellemzõ rájuk (pl. a mágnesesség, szupravezetés stb.), tehát az anyag átalakul. Áthalkítás alatt kell érteni minden olyan tevékenységet, amely azt szolgálja, hogy az anyag egy tulajdonságot megkapjon vagy elvesszen.
28
2.4. ábra. Anyag mûveletek Anyagtulajdonság nagyítása vagy kicsinyítése alatt kell érteni minden olyan tevékenységet, amely azt szolgálja, hogy az anyag tulajdonság értéke megváltozzon.
29
Abban az esetben, amikor az anyagnak egy meglévõ tulajdonságértékén kell változtatni, növelésrõl vagy csökkentésrõl beszélünk. Változik pl. egy anyagnak az elektromos vezetõképessége, hõvezetõképessége, keménysége stb. A funkciók megvalósításához az anyagokat (különbözõek vagy azonosak) össze kell kapcsolni vagy el kell választani egymástól. Az összekapcsolás megvalósítható összeszorító erõvel vagy más úton pl. ragasztással, hegesztéssel, különbözô kötésekkel stb. Az elválasztás az erõ megszüntetésével, lazítással, bontással vagy pl. fûrészeléssel valósítható meg. Gyakran elõfordul, hogy eltérõ sajátosságú (méretû, színû, tömegû stb.) anyagokat össze kell keverni vagy már összekevert anyagokat valamilyen ismérv, tulajdonság szerint szét kell választani. Az összekeverni és szétválasztani funkció alatt mindazon tevékenységeket kell érteni, amelyek azt szolgálják, hogy az anyagok tulajdonság ismérvek szerint keverhetõk és szétválaszthatók lesznek. A legfontosabb anyagon/anyaggal végrehajtható tevékenységet (funkciót) a 2.5. ábra tartalmazza. c. Funkció alapmûveletek adaton ill. információn Az adatfeldolgozó rendszerek, TV készülékek, a mozigépek, az írógépek, a mérõ-, vezérlõ- és szabályozó készülékek olyan mûszaki rendszerek, amelyeknek az a célja, hogy az információt, adatot valamilyen módon átvigye. Információn az adatok/hírek tartalmát kell érteni, amelyet az emberek és más élõlények megértenek. Csak az élõlények igénylik, hogy az információt adatokba, az adatokat információba vigyék át. Egy kutya a gazdájának az ugatásával (= jel) információt ad át. Egy számítógép képes egy regényt úgy lefordítani tetszõleges nyelvekre, hogy az információ tartalmából bármit is megértene. Adatok és jelek fogalma alatt az információ bármilyen ábrázolási módját értik, mint pl. az írás, a képek, az elektromos jelek analóg és digitális átalakítása. Milyen alapmûveletekre vezethetõ vissza az adatfeldolgozás folyamata? Alapvetõen az alábbi mûveletek értelmezhetõk: - adatok átvitele, - adatok többszörözése, - adatok vezetése ill. elszigetelése, - adatok átkódolása, 30
- adatok tárolása, - anyag és adat kötése/leválasztása, - energia és adat kötése/leválasztása (adók, modulátorok). Ezt szemlélteti 2.6. ábra.
2.5. ábra. Anyag-anayag mûveletek 31
2.6. ábra. Információ mûveletek
d. Alapmûveletek az anyag és energia kapcsolatában A mûszaki rendszerek alapvetôen nem tiszta anyag-, energia- és információ átalakító rendszerek, hanem hibrid rendszerek, amelyekben mindig valamelyik cél eszköz (cél funkció) válik fontossá. Van egy fontos mûvelet, mégpedig az anyag és az energia kapcsolatának realizálása. Ez a mûvelet lehet kötés vagy leválasztás (2.7. ábra). 32
2.7. ábra. Anyag-energia mûveletek
Egy gépkocsi a motorja segítségével gyorsul és mozog. Ahhoz hogy ez megvalósuljon a gépkocsi tömegéhez (az anyaghoz) kinetikus energiát kell kapcsolni (kötni). Fékezéskor a kinetikus energiát az anyagról le kell választani. Kötésen ill. leválasztáson azt kell érteni, hogy az energiát az anyaghoz kötik (felmelegítik, mozgásba hozzák, felemelik, átnyomják valahová), ill az energiát az anyagról leválasztják (fékezés, csillapítás, lehûtés).
2.3. Fizikai hatások A mûszaki rendszerek megvalósítása fizikai-, kémiai- és biológiai hatások segítségével lehetséges. Ez azt is jelentheti, hogy a rendszerekbe nem vihetõ be olyan folyamat, amely a kémiai-, fizikai- és biológiai jelenségek által nem válnának világossá. Ezért egy elvileg új terméket addig még nem alkalmazott hatások (vagy a régiek egy új kombinációja) segítségével lehet csak megépíteni. A fizikai-, kémiai- és biológiai hatások a mûszaki funkciók realizálásának építõkövei, ill. tervezési elemei. Az emelõk, fogaskerekek, hajtómûvek, csavarok és rugók stb., mint gépelemek kialakíthatók a kar- és ékhatás alapján. A villamos motor építéséhez az elektromágneses hatás (Biot-Savart hatás), az akkumulátorok építéséhez az elektrokémiai hatás stb. alkalmazott. 2.4. Hatáshordozók Abban az esetben, ha méretválozást jelzõ készüléket a hátágulás elvének felhasz-nálásával fejlesztenek, akkor hatáshordozónak választható pl. folyadék (olaj) vagy szi-lárd anyag (acél), mint hatáshordozó. A különbözõ hatáshordozók választása vezet különbözõ megoldáselevekhez. A 2.8. ábra a hõtágulásra és rugalmas alakváltozás elvét felhasználó rugóra mutat 33
példát. A hatáshordozó lehet szilárd anyag (a) vagy folyadék (b), rugónál az alakváltozó anyag lehet acél (c), vagy mûanyag (d). Hatáshordozó lehet a szilárd anyagok minden típusa (mint pl. acélok, könnyûfémek, mûanyagok, gumi, fa, beton stb), a folyadékok (víz, olaj, glicerin stb), a gázok, mint mágneses- és elektromos mezõt hordozó a tér (vákuum), a gravitációs
mezõ.
a.
b.
c. (Fémrugó)
d.
(Mûanyagrugó)
2.8. ábra. Hatáshordozók
A hatáshordozók és azok variáció ismerete nagyban elõsegíti megoldásváltozatok keresését.
34
2.5. A termékkonstruálás folyamatának lépése A tervezési folyamat megvalósításához nagyon sok alkotó jellegû lépésre van szükség. Különösen igaz ez, ha olyan termék konstruálásáról van szó, melyrõl nincs elképzelésünk, tehát a termék ismeretlen. Számos más esetben, ahol a termék típusa ismert, mint pl. az Ottó-motorok, a hajtómûvek stb., a termék tervezéséhez már sok részeredmény ismert. A mûszaki szerkezetek meghatározott funkció-, hatás- és hatáshordozó struktúrával, meghatározott kialakítással, így konkrét felületekkel, valamint valamilyen energetikai állapottal rendelkeznek. Ez egyben azt is jelenti, hogy a tervezés során kell ezek rögzítésérõl gondoskodni. Ha egy merõben új termék konstruálási folyamatáról van szó (szinte információ nélkül) elsõ lépés egy funkcióstruktúra fejlesztése. Ebben az esetben a tervezés során egyenként rögzítik - a funkcióelemeket (mûveletek, ki- és bemeneti-, valamint szabályozó nagyságok) - a szükséges funkcióelemek számát, majd - egy lehetséges funkcióstruktúrát. A funkciók realizálása (megvalósítása) fizikai-, kémiai- és biológiai elvek (hatások) alkalmazásával lehetséges. Pl. a karhatás, a súrlódás, a folyadékban a nyomás egyenletes terjedése és még más elvek adják a lehetõséget a funkciók megvalósításához. A hatásstruktúra szintézis alatt az - egyes hatásoknak (hatás típusoknak), - a hatások számának (amely a rendszer megvalósításához kell) és - struktúrájának (logikai összekapcsolásának) rögzítését kell érteni. A konkrét rendszer (a termék, a mûszaki alkotás) ezek után a hatáshordozókból, azok struktúrájából épül fel. A tervezésnél a konstruktôrnek lehetôsége van rögzíteni (akár alternatívák felállításával is) az hatáshordozókra nézve azoknak a - típusát, - számát, - struktúráját, amelyek a feledat megoldásához szükségesek. A hatáshordozók vonatkozásában pl. folyadékot v. gáznemû közeget használó építôelemnél, mint pl. a hidraulika v. pneumatika a térfogat vagy a tömegáram bír 35
nagy jelentôséggel. Szilárd építôelemeknél az élek, felületrészek, építôelemek és/vagy építõcsoportok kialakítása a cél. Pl. a karhatás elve érvényesül a 2.9. ábrán a mozgásátvitel megvalósítására.
2.9. ábra. A kar-elv érvényesülése
36
2.10. ábra. Tervezési folyamat elemeinek eredményei Igy az egyes fázisok eredményei (2.10. ábra) az alábbiak: - funkcióstruktúra (megalapozza az alternatív megoldások lehetõségét), - hatásstruktúra (megoldás-variációk anyag oldalú hordozója), - minõségi terv (összeállítás szinten kidolgozott termék), - mennyiségi terv (részletszinten kidolgozott termék). A tervezési folyamat lépései és eredményei ún. rajzi tevékenységgel is összeköthetõk, melyet a 2.11. ábra szemléltet. A tervezési folyamat lépései röviden a következõk: - funkciószintézis, - hatásszintézis, - hatáshordozó szintézis, - minõségi kialakítás (elvi felépítés), - mennyiségi kialakítás (méretes felépités).
2.11. ábra. A tervezési folyamat jellegzetességei A konstruálás folyamatából bemutatott legfontosabb elemek egyben a konstruálási folyamat egyes munkafázisainak meghatározzák a tartalmát.
37
Az egymást követõ munkafázisok (munkalépések) sorrendje nem cserélhetõ fel. Ez a megkötés természetesen nem jelenti azt, hogy a folyamat lefutásához szükséges idõ
nem
csökkenthetõ.
Ellenkezõleg,
egy-egy
feladat
(projekt)
munkáját
hatékonnyabbá lehet tenni a menedzsment támogatása mellett az integrált tervezési módszerek al-kalmazásával. Ennek lényege, hogy az egyes munkafázisok amelyeknél ez lehetséges- egyidõben eltolva, de nem egymástól függetlenül futnak. Ilyen módszerek az egyidejû tervezô
módszerek, amelyek egyben körszerû,
egymással kommunikáló számítógépes munkaállomások mûködését is jelenti. 2.6. A konstruálás folyamatának terméktõl függõ jellege A termékek a fejlesztési folyamat számára lehetnek teljesen újak vagy már ismertek, de lehet azonos célt szolgálóak is. Ezen utóbbiakat, mint azonos célt szolgáló termékeket ún. adott típusú termékeknek is nevezik. Ha a termékek célját általánosítjuk és a fogalmat kissé szabadabbá tesszük, akkor a tervezési folyamat ún. terméksemleges folyamattá válik. Konkrét estben, a tervezés vonatkozásában, a termék (konstrukció) a fajtájától, funkciójától, céljától függõen lehet - új termék, - illesztett termék, - variációs termék. Új termék egy új megoldási elv kidolgozását jelenti egy rendszer azonos, megváltozott vagy új feladatához. Illesztett termék a meglévõ korlátok átlépését jelenti egy megváltozott feladat megfogalmazásánál, ill. kidolgozásánál. Variációs termék a nagyság és az elrendezés változtatását jelenti az elképzelt rendszer határain belül (elõre elkészített rajzok, rögzített elvû konstrukció). A tervezési folyamat jellege és terjedelme attól függ, hogy milyen és mennyi paraméterértéke ismert a konstruálandó terméknek, ill. alapvetõen hány olyan azonos paraméter vehetõ át, ami már rögzített. Néhány termék szabványosítható (mint pl. csavarok, szegek, bizonyos hajtómûvek stb.), igy ezeket már nem kell többé újként tervezni, más termékeket (mint pl. lámpákat, lengéscsillapítókat, hidraulikus szabályozó egységeket, forgattyús
38
hajtó-mûveket stb.) mindig az új feltételekhez kell igazítani, igy új konstrukciót, új tervezést jelentenek. Ez a folyamat elemezhetõ, leírható, számítástechnikai eszközökkel részben vagy
egészben
automatizáltan
megvalósítható.
Az
elõzõek
alapján
megkülönböztethetô: - az általános vagy terméksemleges és - a speciális vagy termékspecifikus konstruálási folyamat és folyamat leírás. Az alapvetõ munkafázisok mindkettõben ugyanazok, de lényegesen különböznek a fázisokhoz tartozó munka tartalmának mélységében. A terméksemleges leírás minden munkafázist mélységében úgy kezel mintha új terméket kellene tervezni és fejleszteni. Termékspecifikus leírásnál számos elõre kidolgozott algoritmus, kísérletiés tapasztalati eredmények segítik a konstruálás egyes lépéseit. Bizonyos esetekben a funkcióstruktúra elõállításával sem kell olyan mélyen foglalkozni, esetleg csak néhány mellék- vagy segédfunkcióval.
2.7. A funkcióstruktúra fejlesztése A konstruálási folyamat kiinduló pontja, a termékre vonatkozó cél(ok) és információk meghatározása, ellenõrzése, pontosítása és rögzítése még a feladat kitûzésben megtörtént. A cél(ok) leírása mentes a megoldási gondolattól (pl. ha a cél bizonyos tárgyak ellopás elleni védelme , személyek szállítása, gyep növekedésének megakadályozása stb. látható, hogy egyik sem utal megoldásra). A cél(ok), az információs háttérrel (igényjegyzékkel) a késõbbiekben meghatározza(ák) pl., hogy a termék lakat vagy riasztó, személygépkocsi vagy kerékpár, fûnyíró vagy egyszerûen egy kasza lesz. Az viszont, hogy ezek végsõ megoldása milyen lesz, a konstruálás ezen fázisában még nem derülhet ki még utalás szintjén sem. Annak ellenére, hogy a cél mentes a megoldási gondolattól (a hogyantól), rögzíti a termék típusát. A cél leírása teszi lehetõvé a konstruálási folyamat (a termék konkréttá válásának) elsõ lépését, hogy a termékre vonatkozó, attól elvárt tevékenység(ek) leírása megtörténjen. Ezt az elsõ lépést tevékenység leírásnak vagy funkcióstruktúra szintézisnek nevezik.
39
Egy új termék konstruálásánál kijelenthetõ, hogy az ismeretlent nagyon nehéz elõállítani. Az ismert úton járó konstruktõrnél sok alkatrész, építõelem a konstruktõr fejében már kész megoldásként létezik, amihez vagy tudatosan vagy önkéntelenül visszanyúl. Az újnál fejleszteni kell valamit a részmegoldások vagy korábbi konstrukciós eredmények ismerete nélkül is. A kiindulópont a cél és az igényjegyzék, melybõl elindulva mindig megtehetõ az elsõ lépés, nevezetesen: - a termék célját egy vagy több elõzetesen megnevezett tevékenységgel leírni, szóban, írásban megfogalmazni. Más szavakkal: egy vagy több alternatív funkciót, ill. funkcióstruktúrát megadni, amellyel a cél megvalósítható. Ezt a tervezési lépést funkci szintézisnek nevezik. Példaként szolgálhat a fém- vagy mûanyag szálból szõtt szitaháló elõállítása. Ennek a lényege, hogy egy adott mintázat szerint a hosszanti irányba futó szálak közé kereszt irányban szálakat kell elhelyezni. Ennél a feladatnál fel kell ismerni, hogy a keresztben elhelyezendõ fémszálat elõször mozgásba kell hozni, tehát valamilyen módon energiát kell vele közölni. A mozgásba hozatal mellett gondoskodni kell arról, hogy valamilyen módon az egyik oldalról a másikra átjusson, tehát a megvezetés vagy meg nem vezetés problémája vetõdik fel. Ez utóbbi esetet a szabadon repülve hagyni funkcióval (tevékenységgel) is meg lehet jelölni. Egy másik példa lehet egy szivattyú fejlesztése. A fejlesztendá mûszaki terméknek a feladata, hogy folyadékot A helyrõl B helyre szállítson. A megoldáshóz vezetõ úton az elsõ lépés lényegében az, hogy megismerjük milyen elemi funkcióval vagy funkciókkal lehet a fent nevezett célt realizálni. A kérdés tehát a következõ: milyen elemi funkciókkal, ill. funkció struktúrával lehet a kitûzött célt elérni? A válasz könnyebben megtalálható, ha a kérdés a fizika nyelvére van lefordítva: milyen fizikai jelenség által mozoghat a folyadék az egyik helyrõl a másikra? A válasz: a folyadék mozgásba hozása által. Ez azt jelenti, hogy a folyadékkal energiát kell közölni, ill. ahhoz energiát kell kötni. Az anyag és a mozgási energia összekapcsolása funkcióval egy szivattyú
fõ-, lényegi- vagy célfunkciója is
megtalálható volt (2. 12. a. ábra).
40
a.
b. 2.12. ábra. Szabályozott energia kapcsolás folyadékhoz
Általában érvényes, hogy a fõfunkció még azelõtt realizálódik, hogy a további funkciókról bármit is mondtak volna. A fenti példa egy szélesebb értelemben vett szivattyú fejlesztésre is lehetõséget ad. Ismerve a fõfunkciót, tehát a mozgási energia kötését az anyaghoz, felmerül a következõ kérdés: mi módon áll elõ a mozgási energia? Feltételezve bázis energiaként a villamos energiát, közvetlenül adódik az energia átalakítás igénye, tehát villamos energia mechanikai energiává átalakítása. Ennek megfelelõen még egy tevékenység elemmel (funkcióval) kell számolni. Az igényjegyzék alapján (ez itt nincs részletezve) a rendszernek ki- és bekapcsolhatónak, valamint az áramló közeg mennyisére nézve
szabályozhatnak kell lenni, ezért további alapmûveletek, funkciók szükségesek, mint pl. összekapcsolás és szétválasztás, valamint csökkentés vagy növelés (2. 12. b. ábra). a.
b.
c.
d. 2.13. ábra. Variációk funkcióstruktúrára
Az egyes mûveletekre (funkcióelemekre) nézve a felépített funkcióstruktúra
csak egy lehetséges, de nem az egyetlen sorrend. Az egyes funkcióelemek struktúrán belüli helyzetének (sorrendjének) a változtatásával az adott feladat megoldásának további lehetséges funkcióstruktúra variációit lehet elõállítani (2.13. a., b., c., d.. ábra). Abban az esetben, ha a ki/be jel és a tömegáram szabályozása nem az energia folyamatba, hanem az anyagáramlás folyamatába kerül be, akkor szükségessé válik 41
egy un. szétválasztás funkció beépítése tekintve, hogy a szabályozás ebben az esetben már nem az anyag megmaradás eleve alapján történik, a rendszernek lesz egy nyelõje (2.13. d. ábra). A fenti funkcióstruktúra fejlesztésének természetesen ez még nem a végleges formája, a gondolat még tovább fûzhetõ. 2.8. Megoldás elvek fejlesztése, hatásszintézis Az elõzõ fejezetben az elsõ konstruálási lépés eredménye a funkcióstruktúra vagy -srtuktúrák. Itt elõálltak a feledat megoldására az alkalmasnak tûnõ funkciók, ill. azok struktúrája. Ebben a pontban az elemi funkciók (tevékenységek) megvalósítására kerül sor. A tervezés módszertan kutatásainak egyik eredménye, hogy az elemi funkciók a fizikai-, a kémiai- és biológiai hatások (elvek) segítségével technikailag megvalósíthatók. Ez nem jelent mást, mint a mûszaki termékekben minden funkciót csak ismert fizikai-,. kémiai- és biológiai elvek segítségével lehet megvalósítani (pl. erõ vezetés, nyomaték növelés, anyag szétválasztás stb.). Nem lenne pl. hajtómû, ha nem lenne kar hatás, nem lenne csavar, ha nem lenne ék hatás, nem lenne rugó, ha nem lenne rugalmasság stb. A fizikai-, kémiai- és biológiai hatások szisztematikus alkalmazása a funkcióelemek realizálásához lényeges segédeszközzé vált. A mûszaki termékeknél az esetek nagy többségében elsõsorban a fizikai elveket (hatásokat) alkalmazzák .
42
2.14. ábra Fizikai elven általában a természetben elõforduló fizikai jelenséget és annak leírását értik. Olyan tevékenység elemeket, mint pl. az erõ növelése vagy csökkentése a karhatás segítségével, egy szilárd testnek az átvitelét (vezetését) egyik helyrõl a másikra húzó- vagy nyomóerõ segítségével lehet megvalósítani. A mûszaki termékben a meghatározott tevékenységek megvalósításához a fizikai elveket a megoldáselvek alapjának kell tekinteni. A megoldás elvet az alkalmazott fizikai hatások (elvek) és a hatáshordozók valósítják meg, tehát a megoldás a hatásnak és a hatáshordozónak a függvénye. Példaként bemutatható, hogy pl. a kar-hatást alkalmazva az elmozdulás értékének növelésére vagy csökkentésére, a hatáshordozó változtatásával más és más megoldás elvek adódnak (2.14. a-e. ábra), vagy az átalakítás különbözô elveit felhasználva -ahol valamilyen
energia
bevitelrõl
van
szó-
hosszváltozást
lehet
elõidézni
a
hatáshordozóval, de ez tovább variálható a hatáshordozó változtatásával is (2.14. f-k. ábra). Szinte szabályként mondható ki, hogy különbözõ megoldás elveket lehet elõállítani nem csak a hatások (elvek) variálásával, hanem a hatáshordozók variálásával is. Az elõzõek alapján világossá válik, hogy a megoldás elvek keresése elsõsorban a fizikai hatások (elvek) feltárásával és a hozzájuk kapcsolható hatáshordozók rögzítésével érhetõ el. Tehát elõáll a hatásstruktúra a hatásszintézis eredményeként, melyben az egyes funkciók megvalósítását jelentõ elvek és hatáskordozók, ill azok variációi jelennek meg. A feladat általános megoldásához segítségül szolgálhat: - a fizikai hatások (elvek) ismerete, - az irodalom kutatás, - létezõ megoldások analízise stb. A megoldásvariációk képzésének legismertebb módja a Zvicky-féle morfológiai szekrény. A megoldások hasonló módon kerülnek ki a szekrénybõl, mint ahogy az ember is felöltözik a sajátját szekrényébõl (pl. inget is csak egyet vesz fel). Lényege, 43
hogy egy funkcióstruktúrához tartozó funkcióelemeket (sorok) és azok hatáshordozó, ill. megoldási javaslatait (oszlopok) beteszik ebbe a szekrénybe a megfelelõ helyre. A feladatra az elsõ megoldás javaslat úgy kapható, hogy minden polcról (sorból) kivesznek egy elemet. Matematikai úton meghatározható, hogy az összes elemet az adott szisztéma szerint hányféleképpen lehet kivenni. Természetesen az esetek között számos hibás kombináció is elõfordulhat (az ember példájánál maradva, nem természetes ruha-kombináció ünnepi felsõhöz pizsama alsót felvenni és papucsot húzni.) 2.9. A termék formai kialakítása, a megtervezés A konstruálás folyamatának elõzõ két lépésében a funkció szintézisben és a hatás szintézisben rögzítésre kerültek azok az elvek, amelyek megadták, hogy az adott cél megvalósításához szükséges tevékenységek (funkciók) milyen fizikai elvek (törvények) felhasználásával valósíthatók meg, valamint milyen hatáshordozók segítik ezt elõ. Elõálltak a lehetséges megoldás alternatívák, melyekbõl egy értékelõ eljárás segítségével az értékelõ kritériumokat kielégítõ megoldás (esetleg egy kisszámú megoldás) kiválasztódik. A kiválasztott megoldás fog ezután egy forma-, alak- és méretfelépítõ munkafázison átmenni. A konstruktõrnek a feladatkitûzés viszonylag kevés adatából kell leképeznie az adatok egy merõben új halmazát, majd azokat egy összeállítási rajz formájában megje-leníteni és rögzíteni. A termék, mûszaki alkotás ilyen papír formájú megjelenítését a gyakorlatban sokszor a megtervezés, a skiccelés, kialakítás fogalmakkal is jelölik. Bármelyik megjelölést is nézzük, valójában mindegyik azt szolgálja, hogy a termék paramétereit rögzítsék, tehát a terméket kialakítsák. A tervezési folyamat ezen szakaszát kialakítási szakasznak nevezik. Ebben a munkafázisban a tervezés csoport tevékenységének jellege olyan, hogy elõterveket készítenek, elemeznek és értékelnek, hibát keresnek és korrigálnak, a tervkészítést egy magasabb információs szinten megismétlik, tehát folyamatosan egy iteratív jellegû tevékenységet folytatnak. Ebbôl következik, hogy nagyon sok tevékenységet párhuzamosan kell végzini.
2.9.1. A kialakítás lépései
44
Az itt felsorolt lépéssorozat egy ajánlás, melynek követése gyorsabb és hatékonyabb kialakítást tesz lehetõvé. Az egyes lépések jellege, esetleges egyidejû alkalmazása a mindenkori alkalmazott technikai erõforrásoktól is függ. Az egyes lépések, rövid tartalmi összefoglalóval a következõk: 1.
A kialakítást meghatározó követelmények összeállítása. Ezek a követelmények méret meghatározók (teljesítmény, teherbírás stb.), elrendezést meghatározók, szerkezeti anyagot elõírók vagy korlátozók stb.
2.
A kialakítást meghatározó vagy korlátozó feltételek összeállítása, esetleg ábrázolása.
3.
A feltételek és korlátok ismeretében az általános kialakítást meghatározó fõfunkció hordozók kialakítása, mely elõször nagy vonalakban történik meg egy elõzetes anyagválasztással egybekötve. Itt már különösen figyelni kell a kialakítás általános szabályaira és elveire. Mérlegelni kell, hogy melyik fôfunkció határozza meg döntõen a kialakítás méreteit és össze kell-e kacsolni vagy szét kell-e választani funkciókat.
4.
A kialakítást alapvetõen meghatározó fõfunkciók nagyvonalú kialakítása után (formaadással és a szerkezeti anyaggal) ezek méretarányosítása történik meg. Ez azt jelenti, hogy a funkciót hordozó kritikus elemek méret meghatározását (minimumra méretezését) itt kell elvégezni. Ezt addig kell ismételni, amíg minden fôfunkció hordozó megvalósíthatósága ki nem derül.
5.
Az eddig kialakított részletek (megoldások) bírálatra szorulnak különösen akkor, ha több alternatív kidolgozás is született egy-egy fõfunkció hordozóra. Esetleg a további pontosításhoz részleteket kell finomítani.
6.
A funkciók között számos olyan van, amelyik nem határoz meg alapvetõen fôfunkció kialakítást, de segíti a termék egész céljának megvalósulást. Ebben a pontban az ilyen ún. még nem vizsgált fõfunkciók (pl. egy sebességváltómûben a kenés megoldása) kialakítása a feladat.
7.
A mellékfunkciók kialakítása ebben a lépésben történik. Mellékfunkció lehet pl. tömítési-, hûtési-, kenési- megtámasztási feladat megoldása. Itt érdemes felhasználni a már korábbi jó megoldásokat, a tervezési katalógusok ajánlásait stb.
8.
A kialakítás olyan fázisa ez, amikor a részletek kidolgozására kerül sor, de már a kialakítás szabályai és elvei is figyelembe vannak véve a fôfunkció
45
hordozóknál. Elõtérbe kerülnek a pontosabb számítások, a kísérleti eredmények, a szabvány- és törvényi elõírások figyelembe vétele. 9.
A fõfunkció hordozók kidolgozása után kerül sor a mellékfunkciók kidolgozására úgy, hogy itt már a kereskedelmi áruk, a szabványos elemek felhasználása is elõtérbe kerül. Ekkor már megvalósulhat a fõ- és mellékfunkciók együttes ábrázolása.
10.
A kialakítási folyamat egy fontos és egyben kritikus mozzanata, amikor ellenõrzésre kerül a funkció teljesítés kérdése. Ekkor a mûködõ képesség, a teherbíró képesség, a hatásfok, a térbeli összeférhetõség szempontjai stb. kerülnek elõtérbe. A hibákat fel kell ismerni és ki kell javítani.
11.
A kialakítás részleges eredményét értékelésnek kell alávetni. A módszerek sokfélék lehetnek. A kritériumaik alapvetõen gazdaságiak és mûszakiak. Az össze-mérés hitelességét segíti, ha az alternatívákat mindig azonos szisztéma (kritériumok szerint) hasonlítják össze. A döntéshez sokszor elég az akkori kidolgozottság szintje, de ha szükséges bizonyos részleteket a következõ döntésig tovább kell dolgozni.
12.
Az indokolt részletek elemzése után a végleges fõtervet ki kell választani. A kiválasztást támogathatja az értékelemzés.
13.
Az értékelésnek mindig van eredménye még a kiválasztott fõtervre is. A felismert hibákat és gyenge pontokat meg kell szüntetni. Ehhez minden segítség felhasználható, még korábbi jó ún. helyettesítõ megoldások is. Elõtérbe kerül nem csak az elemek, de a mûködés egész szintjén az optimalizálás kérdése.
14.
A véglegesnek tûnõ fõterv ellenõrzésére kerül sor. Itt már bizonyítani kell a célkitûzések teljesítésének költségvonzatát is.
15.
A fõterv kidolgozottságának ezen a szintjén az anyagjegyzékrõl, a várható idegen árú jegyzékrõl is nyilatkozni kell. El kell készíteni az elõzetes gyártásiés szerelési elõírásokat.
16.
A legutolsó lépés a kialakításban a fôterv rögzítése, majd a megfelelõ adatszolgáltatással együtt átadni a kidolgozásra, azaz az alkatrészrajz szintû részletezésre.
2.9.2. A kialakítás alapszabályai és elvei
46
Az alapszabályok mindig alapvetô és lényeges útmutatást adnak a kialakításhoz, figyelmen kívül hagyásuk - hibákat, - károsodásokat, - balesetet okozhatnak. A fentieknek megfelelõen a tervezési alapszabályok nem lehetnek mások, mint - az egyértelmû, - az egyszerû, - a biztonságos. Ezek az alapszabályok a - mûszaki funkció teljesítésének, - a gazdaságos megvalósításnak, - az ember és környezete biztonságának a célkitûzéseibõl következnek. Ennek megfelelõen ez kiterjed az alábbi területeken való teljesedésre, mint - funkció - mûködési elv, - méretezés, - biztonság, - ergonómia, - gyártás és ellenõrzés, - szerelés és szállítás, - üzemeltetés és karbantartás. Mit jelentenek ezek az alapszabályok? Az egyértelmûség lehetôséget ad a hatás és a viselkedés megbízható elõzetes meghatározására. Ez idõt és költséget takaríthat meg. Az egyértelmûség vonatkozhat a funkcióra, a mûködési elvre, az alakváltozás, a hõtágulás figyelembevételére, a méretezés kérdéseire, az ergonómiára, a gyártásra és ellenõrzésre, a szerelésre, az üzemeltetésre (pl. áttekinthetõ és ellenôrizhetõ, az ellenõrzés kevés segédanyagot és szerszámot igényel). Az egyszerûség általános estben a gazdaságos megoldás biztosítéka. Az egyszerû alkatrész könnyebben gyártható. Az egyszerûség, azt is jelentheti, hogy nem összetett, áttekinthetõ, kis ráfordítással elkészíthetõ, az üzemeltetés nem igényel 47
bonyolult betanítást, a folyamatok áttekinthetõek, a karbantartás nem körülményes és idõt rabló.
A biztonságos, az törekvés arra, hogy a tervezõ a megbízhatóság a
baleset-mentesség, és a környezetvédelem kérdéseit is következetesen kezelje. A biztonság vonatkozásában a biztonságtechnikában 3 fokozatot különböztetnek meg, a közvetlent, a közvetettet és az utalót. A fõ cél a közvetlen biztonsági követelmények kielégítése, azaz már eleve olyan megoldás választása, amelyik önmagában nem veszélyes. Ha erre nincs lehetõség, akkor kerül elõtérbe a közvetett biztonság, amely védõ rendszereket és berendezéseket alkalmaz. Az utaló biztonságtechnika csak figyelmeztet a veszélyre és kijelöli a veszélyes helyeket. Ez utóbbit a tervezõ a részproblémák kidolgozásánál nem alkalmazhatja. A biztonságtechnika területei: - alkatrészbiztonság (törés, alakváltozás), - a funkció teljesítés biztonsága (az elõírt célt hogyan teljesíti), -
a munkavégzés biztonsága (lényegében az ember
és környezete
biztonsága),
2.9.3 . A termék kialakításának variációs elvei A mûszaki termék a funkcióját és egyéb, még "elvárható" jellemzõjét a kialakítása, az anyagok megválasztása révén lehet meghatározni és a kívánt irányban befolyásolni. A kialakítás paraméter-halmaza meghatározó és további variáció képzésére alkalmas eszköz ahhoz, hogy a mûszaki termék a kitûzött és elvárt funkciót meg-valósítsa. Ezek az eszközök, paraméterek tág lehetõséget biztosítanak az elképzelés valóságban történõ realizálásához. A kialakítás közben a variációs lehetõséget az alap-elemek (építõelemek) és az ezekbõl felépülõ építõcsoportok kialakítása jelenti. Melyek is ezek az eszközök, paraméterek, amelyek a kialakítás variációs elveit meghatározzák? A variációképzést meghatározó eszközök (paraméterek): - az alapelemek számának változtatása, - az alapelemek formájának változtatása, - az alapelemen az anyag helyzetének változtatása, - az alapelemek sorrendjének a változtatása, - az alapelemek helyzetének- és az elrendezésnek a változtatása, - az alapelemek kötési struktúrájának változtatása, - az alapelemek tükörkép kialakítása vagy jobbos-balos elrendezése, 48
- az alapelemek méretnek a megváltoztatása. a. Az alapelemek számának változtatása Lényeges paraméternek számít azon elemeknek a száma, amelyek pl. egy élet, egy felületet vagy egy építõcsoportot meghatároznak. A kialakításelemek számának növelése vagy csökkentése a megmunkálandó felületek számát csökkentheti vagy növelheti, de csökkentheti vagy növelheti a gyártási költséget is. Az 2. 15. a. ábrán egy csavarkulcs hengeres formájú kiképzése és a hatásfelületek számának a növelése egy szilárdságilag kedvezõbb kialakítást eredményezett. Pl. egy gördülôcsapágynál a golyók számának és a golyósorok számának a megváltoztatása méret- és élettartam változást eredményezhet. A személygépkocsik kerék rögzítése 1, 2, 3, 4 és 5 csavarral is lehetséges, többé vagy kevésbé megbízható módon. Lehet a tengelykapcsolót egy vagy több kinyomó rugóval szerelni, vagy fogaskerékszivattyúba nem egy, hanem több fogaskerékpárt tenni.
Az alapelemek számának változtatása alatt az építõcsoportok, építõelemek, felületek és élek alternatív kialakítás variációit kell érteni. b. Az alapelemek formájának változtatása Bizonyos funkciók alternatív megoldása adódik az élek, a felületek, az építõ elemek formájának változtatása révén is. Az egyes felületek formája lehet sík-, hengeres-, kúp-, gömb-, tórusz felület, parabola-, evolvens- és szinusz formájú felület. A 2.15. c. ábra a forma változására mutat be példát. A forma változtatása alatt az élek és részfelületek formájána, alakjánakk módosítását kell érteni.
49
2.15. ábra c. Az alapelemen az anyag helyzetének változtatása Kialakítás változatokat elõ lehet állítani azáltal is, hogy egy kialakítási részletnél az anyag helyzete megváltozik valamelyik felülethez képest. Az anyag helyzetének változtatása azt is eredményezheti, hogy tömör alkatrészekbõl üreges alkatrészek kép-zõdnek le, amint 2. 15. e. ábra is szemlélteti. Az anyag helyzetének a megváltoztatása alatt felületrész vagy építõelem olyan alternatív kialakítás variációjának fejlesztését kell érteni, amikor az anyag az építõelem egy vagy több felületrészénél az egyik oldalról a másikra kerül.
d. Az alapelemek sorrendjének a változtatása Különbözõ kialakítás variációk, ill. megoldások azzal is elõállíthatók, hogy az egyes építõelemek beépítési sorrendjét felcserélik, változtatják (2. 15. d. ábra). A burkoló görbe elemeinek sorrend változtatása új kialakításokat eredményez. Pl. egy más felépítésû írógép adódik, ha a fõ funkcionális elemek (kalapács, betûtípus (betûhor-
50
dozó), szalag, papír) sorrendjét felcserélik, vagy a személygépkocsiban az erõátviteli rendszer elemeinek a sorrendje megváltozik . Kúpfogaskerekes hajtómûvek fejlesztésénél, ahol a kerékpár geometrikailag már felépített, a tengelyszög és -helyzet már rögzített, mégis a megoldások sokasága állítható elõ azzal, hogy a kerék és a csapágy beépítési sorrendje változik. Az elemek sorrend változtatása segítségével az élek, felületrészek , építõelemek, építõcsoportok stb. olyan alternatív kialakítás variációinak fejlesztését kell érteni, amikor a kialakítás a létrehozó elemek sorrendjének cseréjével érhetö el. e. Az alapelemek helyzetének- és elrendezésének a változtatása A feladat megoldása számára egy további variációs lehetõséget jelent a kialakítást megvalósító alapelemek helyzetének és elrendezésének a megváltoztatása, ahogy ezt a 2. 15. f. ábra mutatja. Az írógépnél a betûk elhelyezése az ún. gömb-, ill. margaréta fejes írógépet eredményezte. Helyzet- és elrendezés változtatású alternatív kialakítás variáción azt érteni, hogy a
kell
funkcionális kialakítás elemek helyzete vagy elrendezése
megváltozik. f. Az alapelemek kötési struktúrájának változtatása Alternatív megoldásokhoz lehet jutni úgy is, hogy az összekötendõ (kapcsolandó) elemeket más-más módon kötik össze. Két vagy több elem kötésénél már kötési variációk állíthatók elõ. A variációk alapját a kötés módja, ill. célja is meghatározz, mint pl. - egy elemnek a maximális kötésszáma, - egy struktúrán belüli összes kötések száma, - a kötések relatív helyzete stb. (2. 15. b. ábra ). Kötési struktúra változtatásán kell érteni a kialakítás variációk kötési struktúrán keresztül történô fejlesztését.
g. A tükörkép kialakítás vagy jobbos-balos elrendezés A szerkezetek kialakításában fontos szerepet játszik a hasonló jellegû kialakítás. A tükörkép a valóságban hasonló, de még sem azonos kialakítást jelent. Egy személygépkocsi ajtói (2. 15. g. ábra), az emberek lábán a cipõ, vagy a síkötések mind azonosságot, de egyben másságot is hordoznak azzal, hogy jobbosak és balosak. 51
Számos esetben az ilyen jellegû kialakítás a szerkezetben az elemek számának csökkentéséhez is vezethet, mivel egy egyszerû átfordítással egy vele azonos elemmel is funkcionális kapcsolatba kerülhet.
Tükörkép kialakítás variáción azt értik, hogy egy jobbos kialakításból balost, ill. a balosból jobbost állítanak elô tükrözéssel. h. A méretnek a megváltoztatása A fejlesztett alkotás a méretein keresztül is meghatározott. A méretek pontok, élek, felületek távolságában, hajlásszögében stb. jelennek meg. Azok nagysága, aránya változtatható. Ezzel a variációs lehetõséggel elérhetõ, hogy pl. egy kör folyamatosan átvihetõ ellipszisbe, vagy egy mintázat átvihetõ egy másikba. A méretnek a változtatása révén elõálló variációkra mutat egy példát a 2. 15. h. ábra. Az igy kialakított variánsok lehetnek teljesen hasonlók, de lehetnek a fokozatos változtatás
eredményeképpen
egészen
mások
is.
Itt
gondolni
lehet
a
számítástechnikában ismert arc leképezésre. A méretnek a változtatása által elõállított kialakítás variációkon olyan alternatív megoldásokat kell érteni, amelyek a hosszméretek és szögméretek csökkentésével, ill. növelésével állnak elõ.
52
3. Esettanulmányok 3. 1. Terhelést korlátozó szerkezet fejlesztése A gépészeti szerkezetek jelentõs része mûködésük során tartósan vagy részlegesen névleges teljesítményük környezetében dolgoznakk. A terhelés ilyen mértéke egy szilárdságilag jól kialakított szerkezetben különösebb zavart nem okozhat. Az üzemelés azonban nem mindig valósulhat meg relatíve ideális körülmények között. Gyakran elõfordulhat, hogy pl. egy technológiai mûvelet megvalósítása közben, minden elõzetes védelem ellenére, idegen anyag kerül a feldolgozandó közeg közé. Ez azt eredményezheti, hogy a szerkezetnek a technológiát megvalósító funkcionálisan fontos elemei maradandóan károsodnak, tartós üzemzavart eredményezve. Ilyen eset fordulhat elõ az 1. ábrán látható szerkezetnél is, mely száraz tartomány peletálására szolgáló prést mutat sematikusan. A peletprést villamos motor hajtja egy kétlépcsõs fogaskrék hajtómûvön keresztül (a motor teljesítménye 100 kW, fordulatszáma 985 min-1, a hajtómû áttétele 12). A peletprés egy nagy falvastagságú fazék alakú a palástján furatokkal ellátott elembõl, két görgõbõl és a görgõket beállító szerkezetbõl áll. Alapvetõ célja, hogy szárított, de ködnevesített szeletelt anyagból préseléssel 6 ill. 8 mm átmérõjû rudacskákat állítson elõ. Egy ilyen berendezésnél, mely alapvetõen a matricából, a görgõkbõl és a beállító szerkezetbõl áll, a helyes technológiai mûködéshez nagyon kis
s rést kell beállítani.
Abban az esetben, ha idegen anyag pl. mágnessel el nem távolítható rozsdamentes acél kerül a présbe, amint ezt a gyakorlat is mutatja, a szerkezet néhány eleme a mindenkori halmozott igénybevételtõl függõen, vagy akár függetlenül, katasztrófálisan károsodik. A szerkezet károsodása elkerülhetõ, ha ún. terhelés korlátozó szerkezet kerül beépítésre. A terhelés korlátozó szerkezet alapvetõ célja, hogy a berendezést megvédje a váratlan nagy terheléstõl. A védelmet úgy kell ellátnia, hogy ha a túlterhelési ok megszûnik, akkor a védelmet ellátó szerkezet önmagát ne tudja üzemképes állapotba hozni (ne tudja magát felépíteni). Természetesen a célt sok más feltételnek és követelménynek (kn) az együttes, de nem azonos súlyú (sn) teljesedése mellett kell bíztosítani. A megoldás (M) mindig egyszerûen leírható az (1) alakú függvénnyel
M = f (Cél, s1.k1,...,si.ki, ..., sn.kn,).
(1)
52
Az így megkapott megoldás kielégíti a célt és a kidolgozás során betartandó feltételrendszert.
3. 1. 1. Feltételek és követelmények a szerkezet megvalósításához A szerkezet konstrukciójának kifejlesztéséhez számos figyelembevehetõ paraméter közül néhány kiemelhetõ, mint pl. - biztosítson zavarmentes terhelés megszüntetést, - üzemzavar elhárítás után könnyen visszaállítható legyen az eredeti állapot, - költségtakarékos, könnyen megépíthetõ legyen, - biztonságos üzemvitélnél a túlterhelési gyakoriság kb.1/nap, - a kapcsolási pontosság a korlátozó paraméterre nézve:
3 .
1. ábra. Peletprés sematikus vázlata 3. 1. 2. A funkcióstruktúra meghatározása
53
Ahhoz, hogy a kitûzött célt optimálisan kielégítõ megoldás a felszínre kerüljön, több egymástól különbözõ megoldást célszrû találni. Ezek közül az (1) alapján fokozatosan kiválasztódik az a megoldás vagy -csoport, melyet célszrû tovább fejleszteni és párhuzamosan értékelni. A végsõ megoldás, a követelmény- és értékelõ rendszert kielégítõ megoldás. A megoldások alapelemei a rendszer egészének átgondolásával, az elemi funkciók és hatások feltárásával érhetõ el. Az elemi funkciók összekapcsolásából a funkciók egy egysége ún. struktúrája álljtható elõ. Az elemi funkcióknak ez az összekapcsolása természetesen más-más módon valósítható meg, így különbözõ funkcióstruktúrák, tehát variációk adódnak. Az így elõállított fonkcióstruktúra variánsok adják meg az egyes megoldások alapját. A peletprés esetében a szerkezet lényegét megragadva, megállapítható, amint a 2. ábra is mutatja, a szerkezetben egy anyag formai átalakítása történik meg (szárított szeletbõl tömör rudacskák elõállítása) külsõ energia felhasználásával. Az átformálási folyamat energia szükségletét biztosító rendszerben, mint energia átadási folyamatot megvalósító szerkezet, egy belsõ jel hatására (túlterhelést érzékelve) ez a folyamat megszakadhat. Az energia átadásának folyamatát megszakítani az energia komponenseinek bármelyikével meg lehet (pl. erõátadást megakadályozva, áramot megszakítva). 2. ábra: A peletprés fõfunkciója
Az átalakítási folyamat egészét vizsgálva (beleértve a hajtást is, tehát az energiabeviteli pontját is), ez a fõfunkció további elemi funkciókra (mûveletekre) bontható, mint átalakítás (energia - nyomaték, nyomaték - erõ), megosztás (erõ megosztás), összekapcsolás (anyag - erõ, anyag - anyag).
54
Az így feltárt elemi funkciók struktúrába rendezhetõk, a számos lehetõség közül a 3. ábra mutatat egyet (a legjellemzõbbet) , mint egy lehetséges változatot.
3. ábra. A pelepréselés egyik lehetséges funkcióstruktúrája A funkcióstruktúra azt mutatja, hogy elõszõr az energia átalakítása (pl. villamosból mechanikaiba) történik meg, majd az energia egyik komponense (az erõ) állítódik elõ, ezután az erõ megosztása történik meg (a két görgõre) és végül ez az erõ hozzákötõdik az anyakhoz (az anyag átnyomása a furatokon). A peletprésre leszûkítve a lehetséges funkcióelemek (4. ábra), hogy a terhelés korlátozást is meg lehessen oldani, a követkõzõ (az energa átadási folyamatát követve).
Bevitel
Átvitel
Átalakít
Korlátoz
Átvitel
Kivitel
4. ábra A felsorolt funkcióelemekbõl is látható, hogy egy átviteli és egy korlátozó funkció együtt ebben a sorban bárhová elhelyezhetõ, pl. a bevitel után elhelyezve azt jelenti hogy az energia átvitelét kell figyelni és azt esetleg megszakítani, vagy egy erõ átviteli helyen (4. ábra) az erõt kell korlátoni, azaz az ávitel lehetõsõgét megszüntetni (feloldani valamilyen kapcsolatot). Ezzel a sorrend cserével számos további megoldás lehetõsége teremtõdik meg.
55
3. 1. 3. A megoldás variációk elõállítása Az elemi funkciókhoz megkeresve a fizikai hatásokat és azok megvalósítási lehetõségeit a hatáshordozókat, a megoldás variációk alapelemei egyszerû mátrixmûvelet segítségével is leképezhetõk, vagy alkalmazható Zvicky- féle morfológiai szekrény. A peletprés esetében a 4. ábra funkcióstruktúrájából a lehetséges funkcióelemek közül kettõ kiemelhetõ, mivel ezek hivatottak a szerkezet védelmének megvalósítására, alapfunkciójuk az erõátvitel és az erõkorlátozás. Az erõátvitel és erõkorlátozás, megmaradva a mechanikus megoldási elv mellett, egymástól nem elválaszthatók. A fizikai elevek, amelyekkel ezek a fukciók megvalósíthatók a teljesség igénye nélkül a következõk: Erõátvitel: - erõzárás (súrlódás), - alakzárás, - közvetítõ közeg, (folyadék, gáz zárt térben). Erõkorlátozás: - rugalmas alakváltozás, - képlékeny alakváltozás, - szorítás (súrlódás). Az erõátvitel és az erõkorlátozás a belsõ jel (J) helyétõl függõen vagy forgóelemen vagy állóelemen (pl. rúdon, 1. ábra állító rúdja) valósulhat meg. Az egyes fizikai elvek szerint csak az átvitelbõl és a korlátozásból leképezve a megoldásokat azokat, mint alapmegoldásokat kell tekinteni a túlterhelés elleni védelemre. Az alapmegoldások közül néhányat (nem törekedve a teljességre) forgó- és rúdelemre vonatkozóan az 1.táblázat mutat be. Az erõkorlátozás így feltárt (az adott körülmények között a mechanikus megoldásokat választva) elvei kb. 12 megvalósítható alapmegoldást eredményeznek, melyekbõl tovább fejleszthetõ megoldásként kb. 2 vihetõ tovább és fejleszthetõ a megvalósítás szintjéig. A kiválasztott 2 alapmegoldást tovább lehet fejleszteni 3+2 megoldás szintig, melyekbõl kiválasztható egy, ami a végsõ megoldás alapját adja. A véglegesnek tekinthetõ megoldás a konstrukció finomítása révén lesz végleges kialakítású. A megoldás variációk szelektálásához különbözõ, egymástól eltérõ súlyú kritériumokat lehet alkalmazni. Jelen esetnél az alábbi kritériumok szerepeltek, zárójelbe téve az egymáshoz viszonyított fontosságukat:
1. táblázat
56
- az elsõ szelektálásnál - a funkció megoldásának biztonsága (3), - a kapcsolási pontosság beállíthatósága (2), - az eredeti szerkezeten a változtatás mértéke (2), - a szerelés egyszerûsége (1), - a ráfordítás mértéke (2), - mûködési zavar lehetõsége (1); - a második szelektálásnál - az elemek száma (2), - az önkapcsolás elkerülhetõsége (3), - a visszakapcsolás egyszerûsége (1), - a kopás mértéke (2), - a szétkapcsolás zavarmentessége (2), - a szerelés egyszerûsége (1),
57
- karbantartási igény (2), - költség (3).
5. ábra. Az erõkorlátozó helye
3. 1. 4. A kialakítás A kiválasztott megoldás, amely a rugalmas alakváltozást és az alakzárást alkalmazza egy nyomott rúdelemen az erõátvitel és erõkorlátozás megoldására, a kialakítás fázisában tovább finomítható a kialakítás variációs elveivel. A méretezés és ellenõrzés során kiderült, hogy a nyomott rúd terhelése (egyben hosszméret beállító is) nagy. Ilyen nagy terhelést csak nagyméretû szerkezet képes elviselni. A szerkezeti megoldás megtartásával a korlátozó rúd helye megváltozott a rendelkezésre álló kihasználható tér miatt is azzal, hogy egy kisebb terhelésû helyre lett átrendezve (5. ábra). A szerkezet a végleges kialakítás (6. ábra) szerint két csuklópont közé bekötött teleszkópos rúd, mely nyomott. A rúdba van beépítve a korlátozás, mely tányérrugókkal elõfeszített és szabályozott kúpos elemekbõl áll (a rajz nem a valós felület kialakítást mutatja).
58
6. ábra.
59
3. 2. Kötéstechnikai megoldások 3. 2. 1. Vezeték rögzítése sik felületre Gyakran elõforduló feladadat, hogy speciális vezetékeket (mobil mûtõk életmentõ vezetékei, speciális mérõbázisok vezetékei) sik felületen gyorsan, más funkcióra át kell szerelni. Ehhez a feladatra speciális kötéstechnikai megoldások kellenek. Az ilyen kötések megvalósításához az alábbi feladatkitûzés és a belõle levezethetõ funkciók adhatók meg. Rögzítendõ egy kb. 4 mm átmérõjû sérülékeny, könnyen deformálható vezeték a sik adottpuntjain tetszõleges 2D irányba. A síkon adott osztás kis átmérõjû furatk helyezkednek el. Az alkalmazott kötésbõl a csõ könnyen kivehetõ legyen. A kötés a síkon (panelen) áthelyezhetõ legyen. A feladat a 7. ábra bal felsõ sarkában láthatóak szerint a D jelû csövet A ás B jelû elemek közé kell helyezni, melyek egymással kapcsolatban vannak, majd az A+B elemet a C jelû falhoz kell kapcsolni. Látható, hogy a feladat 4 elem kötési struktúrájának variációjából áll elõ. A nyílfolyamnak megfelelõen látható, hogy egy kötési struktúra variáció azt jelenti, hogy az A és B elemet kell kapcsolatba hozni (filmrugóval, bepattanó kötéssel, stb.) úgy hogy nyitott legyen. Az összezárást egy megoldásként
rugalmas alakváltozás elvén
mûködõ, nyítható bepattanó kötéssel is meg lehet oldani. A falra szerelést az A elembe helyezhetõ feltüzõcsap biztosítja. A körbezárt csövet a kötéssel együtt a legutolsó ábra részlet mutatja
3. 2. 2. Lemezvég kötések Lemezszerkezetek kialakításakor, pl. négyszög vagy szabálytalan kontúrú zárt profiloknak szelvényelemekbõl történõ felépítése esetén, ahogy a 8. és 9. ábrák induló részletei is mutatják lemezélek illesztési feladatáról van szó. A kötési helyen a lemezélek egymáshoz képesti elhelyezését meghatérozza -
a lemezvég alakja,
- a lemezvégek helyzete. A számos variáció közül az értékelõ eljárásban az választódik ki, amelyik a lemeztechnológia és az alkalmazható kapcsolási technológia (pont-, vonal-, lézer hegesztés, ragasztás, stb) szempontjából a leggedvezõbb.
60
7. ábra
61
8. ábra.
62
9. ábra
63
Irodalomjegyzék [1] [2] [3] [4] [5] [6] [7] [8] [9] [10] [11] [12] [13] [14] [15] [16]
Beitz, W. : Costumer Integration in Entwicklungs- und Konstruktiondproze . Konstruktion 48 (1996) p.:31-44. Conrad, P.-Schiemann, H.-Vömel, P.G.: Erfolg durch methodischen . Konstruieren. Lexika-Verlag 1978. Deitz, P.: Concurent Engineering-Folgen für die Asbildung. Konstruktion 48. (1996) p.: 5-11. Derhake, T. : Multidisziplinares Konstruktionsmanagenent für neue Produkte. VDI Berichte 1270. Zukunftschance Produktentwicklung. VDI Verlag 1996. Drews, R.- Linde, H.: Innovationen gezielt provozieren mit WOIS- Erfahrung aus der Automobilindustrie. Konstruktion 47 (1995), p.:315-317. Hegedüs, J.: Súlyponteltolódások a termékvilágban - új diszciplínák megjelenése a termékvilágban. GÉP (46) 1994. július, p:10-18. Hoffmann, K.: Methodisches Konstuieren. Verlag W. Girardet 1977. Hubka, W.-Eder, W.E.: Einfürung in die Konstruktionswissenschaft. Springer Verlag 1992. Iványi, A.-Hoffer, I.: Innovációs és értékelemzô módszertan. AULA, Bp. 1996. p.:1/281. Klein, B.: Ausschüpfung des kostenpotentials in E. Konstruktion 46 (1994) p.:323328. Kocsis, J.: Menedzsment mûszakiaknak.(2. kiadás). Mûszaki könyvkiadó. Bp. 1996. Koller, R.: Konstruktionslehre für den Maschinenbau. Springer-Verlag 1994. Koller, R.- Kastrup, N.: Prinziplösungen zur Konstruktion Technischer Produkte. Springer-Verlag 1994. Pahl, G.- Beitz, W.: Konstruktionslehre. Springer-Verlag 1993. Rodenacker, W.G.: Methodisches Konstruieren. Konstruktionsbücher Bd. 27. Springer-Verlag 1976. Sendler, U.: Die Flexiblen und die Perfekten. Springer-Verlag 1995.
52
This document was created with Win2PDF available at http://www.daneprairie.com. The unregistered version of Win2PDF is for evaluation or non-commercial use only.
