Proces projektowania

• Stadium cyklu życia maszyny, w której 

decyduje się o jej ostatecznym kształcie 

nazywa się 

etapem przygotowania produkcji.

• Na tym etapie następuje szczegółowe 

odwzorowanie zamysłu projektanta odnośnie 

postaci przyszłej maszyny. 

• Jedną z najczęściej występujących form 

przedstawiania tego zamysłu jest 

utwór

 w 

postaci 

projektu konstrukcji

, który powstał 

podczas fazy projektowania, będącej 

elementem składowym etapu przygotowania 

produkcji.

 

 

Systemowe 

ujęcie 

projektowania 

dowolnej 

maszyny 

nakazuje 

równoczesne 

analizowanie 

trzech 

następujących jego aspektów:

• podmiotu projektowania, 
• przedmiotu projektowania, 
• procesu projektowania.

 

 

Podmiotem projektowania

 jest osoba 

lub zespół ludzi wykonujący lub 

mogący wykonać działanie zwane 

projektowaniem.

Podmiot projektowania

 nie musi być 

fizycznie realizowalny. Może to być 

proces, cecha, itp. 

Proces projektowania

 

wiąże

 podmiot 

projektowania z przedmiotem 

projektowania. 

 

 

Związek ten ma charakter uporządkowanych 

w pewien sposób różnorodnych czynności 
podmiotu projektowania skierowanych na 
przedmiot projektowania. 

Czynności podmiotu projektowania 

skierowane na przedmiot projektowania mogą 
być uporządkowane według:

 związku przyczynowego ich wyniku 

(uporządkowanie logiczne ), 

  następstwa czasowego ich rzeczywistego 

wykonania (uporządkowanie organizacyjne ).

 

 

Jedno i drugie uporządkowanie procesu 

projektowania stanowi jego strukturę. 

Struktura taka może być opisywana z 

różnym stopniem dokładności. 

Klasycznym opisem uznawanym przez 

projektoznawców wielu krajów jest opis 
podany przez Asimowa, zwany 
morfologią projektowania. 

Opis ten składa się z uporządkowanych 

kroków wykonywanych wg jednolitego 
schematu. 

 

 

Żródło

informacji

i-tego kroku

Proces przetwarzania

informacji i-tego kroku

Wyniki‘i-1’ego

kroku

Decyzja

Wyniki i-tego

kroku

i-1 krok

i krok

i+1 krok

Powtórz

do i+1

kroku

NIE

TAK

 

 

Każda racjonalna decyzja powinna być 
poprzedzona procesem wyboru, czyli 
całokształtem działań przygotowujących 
decyzję.
Proces ten może przebiegać różnymi sposobami:
 wskazanie decyzji ad hoc przez projektanta na 
podstawie jego wiedzy, doświadczenia i intuicji, 
 wskazanie decyzji na podstawie badań, analizy 
informacji lub modelu podejmowania decyzji 
jednoznacznie określającego zależność między 
przyjęciem decyzji a jej wynikiem.

 

 

W zależności od stopnia innowacyjności 
można wyróżnić projektowanie:

 rutynowe, np. komponowanie maszyny z 
elementów znormalizowanych lub 
należących do określonych typoszeregów, 
 innowacyjne, np. wprowadzanie zmian w 
strukturze określonego węzła 
konstrukcyjnego maszyny, 
 kreatywne, np. całkowita zmiana w 
koncepcji realizacji określonych funkcji.

 

 

 

konceptualne rozumiane jako wyznaczanie 

i dobór sposobów działania maszyny oraz 
wyznaczaniu jej koncepcji konstrukcyjnej ,
 szczegółowe zwane również 
konstruowaniem polegające na doborze 
cech konstrukcyjnych i na weryfikacji tych 
cech zgodnie z przyjętymi założeniami.

W zależności od charakteru czynności 
wykonywanych prac projektowych 
można wyróżnić projektowanie:

 

 

Proces 

rozwiązywania 

zadania 

projektowego  można  podzielić  na  kilka 
faz 

różniących 

się 

między 

sobą 

stosunkiem konkretyzacji.

1.

Założenia konstrukcyjne

, czyli uściślenie 

sformułowania zadania.

2.

Projektowanie koncepcyjne

, czyli wybór 

optymalnej koncepcji działania maszyny.

3.

Projektowanie konstrukcyjne

, czyli dobór 

cech (właściwości) projektowanej maszyny. 

4.

Projektowanie realizacyjne

, w którym 

wypełnia się dany projekt różnymi 

rysunkami, przepisami, itd.

 

 

Ad .1. Założenia 

konstrukcyjne

Głównym celem założeń konstrukcyjnych 

jest: 

 sformułowanie podstawowych założeń 

techniczno-ekonomicznych 
projektowanej maszyny,

 sformułowanie podstawowych funkcji 

realizowanych przez maszynę,

 opracowane listy wymagań 

projektowych czyli tzw. specyfikacji 
projektowej.

 

 

W  celu  sformułowania  założeń  techniczno-
ekonomicznych 

należy 

rozpatrzyć 

w 

pierwszej  kolejności  tzw.  racje  istnienia 
maszyny, tj.:

 rację celowości technicznej,
 rację celowości technologicznej,
 rację celowości ekonomicznej.

 

 

Rozpatrzenie wymienionych racji 

pozwala odpowiedzieć na trzy 

zasadnicze pytania:

•  po co to robimy?
•  czy jesteśmy w stanie to wykonać?
•  czy nam się to opłaca?

 

 

W  celu  sformułowania  podstawowych 
funkcji  maszyny,  projektant  powinien 
określić  główne  elementy  założeń 
konstrukcyjnych:
• dane sytuacyjne, 
• dane ilościowe,
• opis istoty działania.

 

 

Zarówno założenia techniczno-

ekonomiczne jak założenia 

konstrukcyjne powinny być 

sformułowane w postaci wymagań 

projektowych. 

Wymagania te mogą być 

przedstawione jako:

  

żądania

, które należy spełnić bez 

względu na okoliczności 

  

życzenia

, które powinny być 

uwzględnione w miarę istniejących 

możliwości.

 

 

Wymagania  projektowe  –  żądania. 
W 

takim 

przypadku, 

zadaniem 

projektanta jest:

• dobór postaci konstrukcyjnej maszyny 

poprzez dobór cech konstrukcyjnych,

• określenie wartości liczbowych 

wybranego wskaźnika ocenowego dla 
dobranej postaci konstrukcyjnej 
maszyny, 

• określenie czy wartość wybranego 

wskaźnika jest odpowiednia w 
stosunku do żądanej.

 

 

ad. 2. Projektowanie 

koncepcyjne 

Projektowanie 

koncepcyjne

 

to 

część 

czynności  procesu  projektowania,  w  której 

po 

sformułowaniu 

zadania 

zostaje 

określony sposób rozwiązania zadania. 

Pierwszym  twórczym  zabiegiem  procesu 

projektowania  jest  stworzenie 

koncepcji

 

jako pewnej wizji projektowanej maszyny. 

Koncepcja  zostanie  wykreowana  wówczas, 

gdy  zgodnie  z  przyjętą  w  założeniach 

konstrukcyjnych istotą działania, pojawi się 

zarys struktury projektowanej maszyny

.

 

 

 

Zarys  tej  struktury  może  być 
uzyskany w wyniku:

• odwzorowania maszyn analogicznych, 
• odwzorowania kombinacji znanych 

maszyn lub ich elementów składowych, 

• odwzorowania kombinacji cech 

znanych maszyn, 

• poszukiwania zupełnie nowych 

rozwiązań opartych na znanych 
prawach fizyki.

 

 

Pierwsze trzy metody poszukiwania 

koncepcji wykorzystują zasadę 

dziedziczności konstrukcji. 

W poszukiwaniu koncepcji rozwiązania mogą 

być pomocne wszelkiego rodzaju metody 

wspomagające ich uzyskanie, takie jak np. 

• 

burza mózgów

, 

• agregacja, 
• kombinowanie z interakcją, 
• metoda delficka, 
• inkubacja, 

• 

macierz morfologiczna, 

• wiele innych.

 

 

Burzę mózgów (grupowe myślenie 

spontaniczne) wymyślił w 1936 roku Alex 
Osborn. 

Składa się ona z dwu zasadniczych etapów: sesji 

twórczej oraz sesji oceniającej. 

W czasie sesji twórczej obowiązują cztery 

zasady:

 liczy się liczba pomysłów, 
 brak krytyki, 
 pomysły podane przez innych mogą być 

pochwycone i rozwijane, 

 rozwiązania niekonwencjonalne są dobre (brak 

logiki i realizmu).

 

 

Element pośredniczący 

Element 

napędzający 

Brak 

Dysk płaski  Cylindrycz

ny 

Sferyczny  Toroidalny  Stożkowy 

Dysk płaski 

 

 

 

 

 

 

 

 

niezgodność  brak zmiany 

przełożenia 

Cylindryczny 

brak zmiany 

przełożenia 

brak zmiany 

przełożenia 

brak zmiany 

przełożenia 

 

 

niezgodność  brak zmiany 

przełożenia 

Sferyczny 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Toroidalny 

niezgodność  niezgodność  niezgodność 

 

 

niezgodność  niezgodność 

Stożkowy 

brak zmiany 

przełożenia 

 

 

 

 

 

 

niezgodność 

 

 

 

 

 

ad. 3. Projekt konstrukcyjny 

Projekt konstrukcyjny polega na 

przypisywaniu cech konstrukcyjnych 
do projektowanej maszyny. 

 

 

Wyróżnia  się  trzy  grupy  cech 
konstrukcyjnych:

• geometryczne

: wymiary, kształt, 

tolerancje, pasowania, stan 
powierzchni, itp., 

• materiałowe

: masa, struktura 

materiału, wytrzymałość, wskaźniki 
fizykochemiczne (gęstość, lepkość), 
itp., 

• dynamiczne

: obciążenia, naprężenia, 

napięcia wstępne, itp.

 

 

Dobór poszczególnych cech 

konstrukcyjnych musi być zgodny z 
tzw. zasadami konstrukcji.

Rozróżnia się następujące zasady 

konstrukcji:

• ogólne zasady konstrukcji
• szczegółowe zasady konstrukcji

 

 

Istnieją dwie ogólne zasady konstrukcji: 
1. Konstrukcja 

powinna 

spełniać 

wszystkie 

podstawowe 

warunki, 

wynikające  ze szczegółowych  zasad  w 
stopniu  równym  lub  wyższym  od 
założonego.

     Konstrukcja, która spełnia pierwsza 

zasadę, jest konstrukcja dobrą (poprawną). 
Zwykle istnieje zbiór konstrukcji dobrych. 

Ogólne zasady tworzą ogólna 
koncepcje projektowania

.

 

 

2. Konstrukcja 

powinna 

być 

optymalna 

(polioptymalna) 

w 

danych warunkach ze względu na 

przyjęte kryterium optymalizacji.

     Konstrukcja spełniająca zasadę drugą jest 

konstrukcją optymalną (polioptymalną) ze 
względu na przyjęte kryterium 
optymalizacji (lub wiele kryteriów w 
przypadku optymalizacji wielokryterialnej) 

 

 

 

Z tak sformułowanych zasad konstrukcji 

wynikają istotne wnioski. 

Po pierwsze, że nie może istnieć 

nieskończenie wiele konstrukcji 
dobrych, przy czy pojęcie konstrukcja 
dobra jest względna. 

Po drugie, to konieczność 

poszukiwania konstrukcji możliwie 
najlepszej, tzn. optymalnej ze względu 
na przyjęte kryterium optymalizacji.

 

 

Warunki, które powinna spełniać 
konstrukcja, określają szczegółowe 
zasady konstrukcji. 

Można wyróżnić:
 podstawowe zasady konstrukcji,
 pomocnicze zasady konstrukcji

 

 

Jako podstawowe, które zawsze 
powinny być uwzględniane, należy 
wymienić następujące zasady:

 

funkcjonalność,

 trwałość,

 niezawodność,

 sprawność,

 lekkość,

 taniość i dostępność materiałów (zasada 
optymalnego tworzywa),

 właściwy układ przenoszenia obciążenia (zasada 
optymalnego obciążenia),

 technologiczność wytwarzania,

 łatwość eksploatacji,

 ergonomiczność,

 zgodność z obowiązującymi przepisami. 

 

 

Funkcjonalność 

Funkcjonalność jest to poprawne 

spełnienie przez maszynę funkcji, do 

których spełnienia jest ona 

przeznaczona. 

Funkcje te są określane przez zadania, 

które maszyna ma wykonać, oraz 

parametry techniczne, takie jak: moc, 

prędkości obrotowe, udźwig, itp. 

Zasada funkcjonalności musi być 

bezwzględnie spełniona. 

 

 

Trwałość 

 Trwałość  (w  sensie  opisowym)  jest  to 

właściwość maszyny pozostawania maszyny 

w  stanie  zdolności  do  poprawnej  pracy  z 

koniecznymi 

przerwami 

na 

obsługę 

zapobiegawczą  lub  naprawczą  aż  do  chwili 

osiągnięcia stanu granicznego. 

 Taki stan może być związany z nadmiernym 

zużyciem,  pęknięciem,  zbyt  dużym  luzem, 

itp. 

 Typowym przykładem zespołu maszynowego 

o zdanej trwałości są łożyska toczne

. 

 

 

Niezawodność 

 Niezawodność (w sensie opisowym) jest to 

właściwość  maszyny  poprawnej  pracy 

maszyny  do  wystąpienia  uszkodzenia  w 

określonych warunkach pracy.

 Jeżeli  warunki  pracy  ulegną  zmianie  to 

zmieni się również niezawodność 

 

 

Sprawność  

Sprawność jest to stosunek energii 

efektywnie zużytkowanej w maszynie do 

energii doprowadzonej. 

 

 

Zmniejszenie zużycia energii wymaga 

zwiększenia sprawności maszyn a to z kolei 

wymaga zmniejszenia oporów w jej 

węzłach. 

Można to uzyskać dwiema drogami:

 poprzez dobór odpowiednich parametrów 

(charakterystyk) konstrukcyjnych maszyny, 

np. kąta pochylenia linii śrubowej, 

odpowiedniej temperatury pracy maszyn, itp.,

 poprzez dobór odpowiednich warunków tarcia 

w węźle maszyny, np. zapewnienie 

odpowiedniej gładkości trących elementów, 

dobór odpowiednich materiałów i 

odpowiedniego smarowania.

 

 

Lekkość maszyny   

 Lekkość maszyny związana jest z 

koniecznością zmniejszenia zużycia materiału. 

 Uzyskuje się ją poprzez właściwe 

wykorzystanie materiału, ukształtowanie 

części, i odpowiedni dobór materiałów.

 Może to się wiązać jednocześnie ze 

zmniejszeniem trwałości i niezawodności w 

wyniku zwiększenia obciążeń oraz ze 

wzrostem kosztów wywołanych użyciem 

drogich materiałów i kosztowniejszych metod 

wytwarzania. 

 

 

Taniość i dostępność 

materiałów 

 Taniość  i  dostępność  materiałów  jest  istotnym 

warunkiem poprawnego projektowania. 

 Istnieje 

duża 

różnorodność 

tworzyw 

konstrukcyjnych,  mających  różne  właściwości 

fizyko-chemiczne  (wytrzymałość,  odporność  na 

zużycie, 

właściwości 

cierne, 

zdolność 

pochłaniania 

drgań) 

oraz 

technologiczne 

(obrabialność, tłoczność, spawalność). 

 Dobierając  materiały,  należy  uwzględnić  te, 

które  spełniają  wymagania  wytrzymałościowe  i 

technologiczne, a spośród nich wybrać możliwie 

najtańsze, jednocześnie dostępne na rynku. 

 

 

Właściwy układ przenoszenia 

obciążenia 

Właściwy układ przenoszenia obciążenia 

polega na doborze schematu 

konstrukcyjnego maszyny do danego 

układu przenoszenia obciążeń. 
Można to uzyskać poprzez m.in.:
 zapewnienie równomierności rozkładu 

obciążeń i naprężeń,
 podział obciążenia na większą liczbę 

elementów,
 wprowadzenie obciążeń wstępnych.

 

 

Właściwy układ przenoszenia 

obciążenia 

Właściwy układ przenoszenia obciążenia 

polega na doborze schematu 

konstrukcyjnego maszyny do danego 

układu przenoszenia obciążeń. 
Można to uzyskać poprzez m.in.:
 zapewnienie równomierności rozkładu 

obciążeń i naprężeń,
 podział obciążenia na większą liczbę 

elementów,
 wprowadzenie obciążeń wstępnych.

 

 

 

 

 

 

 

 

Technologiczność 

wytwarzania 

 Technologiczność wytwarzania polega na 

dopasowaniu konstrukcji maszyny do 
wymagań technologii. 

 Zawsze należy dążyć do stosowania 

najkorzystniejszych, w danych warunkach, 
metod technologicznych. 

 Powinny one umożliwiać wykonanie 

maszyny przy minimalnych kosztach, 
zapewniając jednocześnie odpowiedni 
standard wykonania.

 

 

Łatwość eksploatacji 

Łatwość  eksploatacji  wyraża  się  przez 

prostotę obsługi i łatwość napraw. 

Łatwość  obsługi,  wygodny  dostęp  do 

punktów 

smarowania 

oraz 

do 

elementów  wymagających  regulacji 

skraca czas pomocniczy pracy maszyny 

i  pozwala  na  jej  bardziej  ekonomiczne 

wykorzystanie.

Łatwość  napraw  skraca  czas  przestoju 

maszyn. 

 

 

Ergonomiczność 

 Ergonomiczność  to  dostosowanie  maszyny 

do  potrzeb  i  możliwości  obsługującego  ją 

człowieka.

  Należy zapewnić konieczne bezpieczeństwo 

i wygodę obsługi. 

 Praca  maszyn  nie  może  powodować 

zagrożenia dla obsługi i otoczenia. Chodzi o 

zagrożenie  zarówno  bezpośrednie,  jak  i 

długotrwałe.

   Zagrożenia  te  mogą  prowadzić  do  chorób 

zawodowych lub skażenia środowiska. 

 

 

Zgodność z obowiązującymi 

przepisami i normami 

Zgodność 

z 

obowiązującymi 

przepisami  i  normami  wymagana  jest 

zwykle poprzez uregulowania prawne. 

Stosowanie  norm  uzasadnione  jest 

przy tym względami ekonomicznymi.

  Stosowanie  norm  na  elementy 

ułatwia 

proces 

konstruowania, 

wytwarzanie 

oraz 

wymienność 

elementów w procesie eksploatacji 

 

 

Uregulowania te mogą mieć charakter:
• lokalny, np. przepisy nadzoru 

technicznego, budowlanego, górniczego, 
instytucji klasyfikacyjnych, 

• ogólnokrajowy , np. normy państwowe i 

branżowe, 

• międzynarodowy, np. normy ISO 

(International Organization for 
Standardization), normy IEC 
(International Electrotechnical 
Commission), konwencje 
międzynarodowe. 

 

 

ad. 4. Projekt realizacyjny 

Projekt realizacyjny rozumiany jest jako część 

procesu projektowania, w którym uzupełnia się 

projekt utworu technicznego ostatecznymi 

przepisami dotyczącymi układu elementów, ich 

kształtu, rozmiarów i własności powierzchni 

części.

W tej fazie projektowania formułuje się 

ustalenia dotyczące rodzajów materiałów, 

kontroli i możliwości wytwarzania oraz 

dostarcza się materiały dokumentacyjne w 

postaci rysunków lub innej formie w celu 

materialnego urzeczywistnienia projektu. 

 

 

Również faza przygotowania projektu 

realizacyjnego wymaga koncentracji uwagi 
inżyniera projektującego. 

Decyduje on bowiem o pracach 

rozwojowych, a jego pierwotne, koncepcje 
i zamiary nie powinny ulec podczas 
dalszych działań rozmyciu 
i zniekształceniu. 

Nieporozumieniem byłoby założenie, że 

opisanie części jest podrzędnym i niezbyt 
ważnym lub mniej interesującym 
zadaniem.