Temat 3:
Czynniki decydujące o
Czynniki decydujące o
doborze materiałów
doborze materiałów
dla zastosowań
dla zastosowań
technicznych
technicznych
Z
Z
asady doboru
asady doboru
materiałów
materiałów
konstrukcyjnych
konstrukcyjnych
Projektowanie inżynierskie jest złożonym
Projektowanie inżynierskie jest złożonym
działaniem
działaniem
wymagającym uwzględnienia wielu
wymagającym uwzględnienia wielu
różnorodnych
różnorodnych czynników
czynników
i elementów !!!!!
i elementów !!!!!
Wzajemne
relacje
między
koniecznymi
do
uwzględnien
ia zadaniami
Czynniki uwzględniane podczas
Czynniki uwzględniane podczas
projektowania inżynierskiego
projektowania inżynierskiego
Główne
Główne
czynniki
czynniki
Funkcjonalne
Funkcjonalne
Związane z analizą
Związane z analizą
cyklu życia produktu
cyklu życia produktu
Socjologiczne,
Socjologiczne,
ekologiczne
ekologiczne
i
i
ekonomiczne
ekonomiczne
Czynniki
Czynniki
funkcjonalne
funkcjonalne
Specyfikacja
parametrów
użytkowych:
• określenie potrzeb;
• ustalenie ryzyka i
konsekwencji jego
wymagań;
• konsekwencje
zawyżonych
wymagań.
Elementy
projektowania:
• uwzględnienie
naprężeń lub
obciążeń;
• ograniczenia
wymiarów, masy lub
objętości;
• trudne warunki pracy
(agresywne
środowisko);
• przewidywanie
możliwych uszkodzeń;
• niezawodność;
• łatwość konserwacji;
• dostępność;
• skal produkcji;
• itp.
przeprojektowanie:
• analiza projektu;
• uproszczenia i
normalizacja;
• alternatywne
rozwiązania
funkcjonalne.
ASPEKTY FUNKCJONALNE W
PROJEKTOWANIU INŻYNIERSKIM
Zaprojektowany
produkt
musi
spełniać
Zaprojektowany
produkt
musi
spełniać
parametry
odpowiadające
w
pełni
jego
parametry
odpowiadające
w
pełni
jego
założonym funkcjom
założonym funkcjom
użytkowym, jak również
użytkowym, jak również
wymagania co do kształtu, a także
wymagania co do kształtu, a także
tolerancje wymiarowe.
tolerancje wymiarowe.
Zależność między wymaganiami dotyczącymi
Zależność między wymaganiami dotyczącymi
kształtu
kształtu
a cechami materiału w projektowaniu inżynierskim
a cechami materiału w projektowaniu inżynierskim
1. Każdy kształt produktu narzuca wymagania dotyczące
materiału.
2. Zmiana procesu technologicznego może zmienić własności
materiału,
a
to
może
powodować
konieczność
przeprojektowania procesu technologicznego
Zależności między wymaganiami co do kształtu produktu a
cechami materiału
Metody
Metody
Deterministyczne
Deterministyczne
Do obliczeń przyjmuje się nominalne lub
średnie wartości naprężeń, wymiarów i
wytrzymałości, ponadto korzysta się z
odpowiednich współczynników
bezpieczeństwa, których zadaniem jest
uwzględnienie oczekiwanej zmienności
tych parametrów konstrukcyjnych
Metody
Metody
Probabilistycznym
Probabilistycznym
Poszczególnym parametrom przypisuje się
odpowiedni rozkład zmienności.
Korzystając z tych rozkładów i
dopuszczalnego marginesu
bezpieczeństwa można
określić minimalne dopuszczalne przekroje
krytyczne albo minimalną wytrzymałość
kluczowych elementów
projektowanego produktu
Projektowanie inżynierskie z uwzględnieniem
Projektowanie inżynierskie z uwzględnieniem
rodzajów uszkodzenia podczas eksploatacji
rodzajów uszkodzenia podczas eksploatacji
produktów
produktów
Projektując elementy produktu konstruktor musi
uwzględnić:
•wpływ karbu i koncentracji naprężeń,
•obciążenia cykliczne,
•pracę w wysokiej lub niskiej temperaturze,
•czynniki powodujące korozję (pęknięcia korozyjne),
•inne.
Przyczyną ok. 90% uszkodzeń spowodowanych zmęczeniem
materiału podczas eksploatacji jest związana z wadliwą
konstrukcją i wadami produkcyjnymi elementów, a jedynie ok.
ok.
10% wynika z wad materiału
10% wynika z wad materiału
, jego niewłaściwego składu lub
błędów w obróbce cieplnej.
Nie
należy
dopuszczać
do
uszkodzeń
elementów
Nie
należy
dopuszczać
do
uszkodzeń
elementów
powodujących
bezpośrednie
powodujących
bezpośrednie
zagrożenie
życia
lub
zagrożenie
życia
lub
uszkodzenia ciała
uszkodzenia ciała
, albo uszkodzenie bądź zniszczenie
, albo uszkodzenie bądź zniszczenie
produktów czy ich elementów.
produktów czy ich elementów.
Związki pomiędzy rodzajem uszkodzenia a własnościami materiałów
Uwzględnienie wymiarów i masy produktów
Uwzględnienie wymiarów i masy produktów
podczas projektowania inżynierskiego
podczas projektowania inżynierskiego
Wymiary i masa elementów wywierają wpływ zarówno
na dobór materiału, jak i procesu technologicznego.
Elementy
Elementy
o małych wymiarach
o małych wymiarach
„
„
pręty, blach”
pręty, blach”
koszt materiału jest znacznie mniejszy
od kosztu ich wytworzenia
Możliwość stosowania droższych
Możliwość stosowania droższych
materiałów
materiałów
Elementy
Elementy
o dużych wymiarach
o dużych wymiarach
Trudności lub brak możliwości wykonania
obróbki cieplnej i cieplno-chemicznej w
celu optymalizacji właściwości produktu.
Ograniczenia technologiczne
(np. metalurgia proszków)
Stosowane najczęściej
Stosowane najczęściej
tanie materiały
tanie materiały
Projektowanie inżynierskie w razie wytwarzania
Projektowanie inżynierskie w razie wytwarzania
takich samych produktów w różnych miejscach
takich samych produktów w różnych miejscach
Wymagania:
•Konieczność doboru zbliżonych gatunków materiałów;
(
ma to wpływ na jakość produktu
);
•Niski koszt robocizny
(
produkcja pracochłonnych produktów
);
•Wysokie koszty robocizny
(
zautomatyzowane procesy technologiczne
);
•Itp..
Projektowanie inżynierskie w zależności od skali
Projektowanie inżynierskie w zależności od skali
produkcji
produkcji
Produkcja wielkoseryjna może być ograniczona
przez zdolności produkcyjne dostawców
surowców.
Produkcja jednostkowa i małoseryjna
(
względy ekonomiczne
) dobiera się aktualnie
najłatwiej dostępny materiał (np. składowany w
magazynie podręcznym, na hali itp.) i dostępne
techniki
wytwarzania
(dostępny
park
technologiczny)
Projektowanie inżynierskie w razie modyfikacji
Projektowanie inżynierskie w razie modyfikacji
produktów
produktów
Dobór materiału zamiennego wiąże się najczęściej z
Dobór materiału zamiennego wiąże się najczęściej z
modyfikacją lub zmianą
modyfikacją lub zmianą
procesu technologicznego (to
procesu technologicznego (to
samo w przypadku zmiany procesu technologicznego).
samo w przypadku zmiany procesu technologicznego).
Modyfikacja produktu
Cel
Cel
Obniżeni
a
kosztów
Zwiększenia
niezawodnoś
ci
Wydłużenia trwałości
eksploatacyjnej
produktu
inne
Zależność między projektowaniem inżynierskim
Zależność między projektowaniem inżynierskim
a wytwarzaniem
a wytwarzaniem
Wytypowany proces technologiczny
Wytypowany proces technologiczny
oraz
możliwości wykorzystania niektórych technologii
wpływają
na
proces
projektowania
proces
projektowania
inżynierskiego
inżynierskiego
,
decydując
o
doborze
materiału
, jak również o sekwencji operacji
technologicznych, a także o wymiarach,
tolerancjach
wymiarowych,
połączeniach
elementów i innych aspektach.
Zależność między projektowaniem inżynierskim
Zależność między projektowaniem inżynierskim
a wytwarzaniem
a wytwarzaniem
Proces projektowania wymaga uwzględnienia
czynników
czynników
związanych z procesem
procesem
technologicznym
technologicznym
:
•wytwarzanie i montaż,
•odlewanie,
•obróbkę plastyczną,
•metalurgię proszków,
•obróbkę ubytkową,
•łączenie,
•obróbkę cieplną i powierzchniową,
•procesy stosowane dla materiałów ceramicznych,
•procesy stosowane dla materiałów polimerowych,
•wytwarzanie materiałów kompozytowych.
Zależność między projektowaniem inżynierskim
Zależność między projektowaniem inżynierskim
a wytwarzaniem
a wytwarzaniem
Ze względu na technologiczność produktu
technologiczność produktu
powinno
się uwzględniać także aspekty:
•ograniczenie ogólnej liczby elementów produktu,
•unifikację i standaryzację elementów,
•stosowanie materiałów łatwo obrabialnych,
•dostosowanie projektu do procesów wytwarzania,
•projektowanie każdego elementu, tak by był łatwy do
wykonania,
•ograniczanie liczby operacji obróbki ubytkowej i
wykończającej.
Znaczenie jakości wytwarzania i produktu
Znaczenie jakości wytwarzania i produktu
Integralną część każdego procesu produkcyjnego
Integralną część każdego procesu produkcyjnego
stanowi
stanowi
zapewnienie jakości
zapewnienie jakości
, szczególnie ze
, szczególnie ze
względu
na
katastrofalne
względu
na
katastrofalne
konsekwencje
konsekwencje
prowadzania na rynek produktów lub
prowadzania na rynek produktów lub
usług
usług
wadliwych
wadliwych
.
.
Znaczenie jakości wytwarzania i produktu
Znaczenie jakości wytwarzania i produktu
Celem
Celem
producenta
producenta
Znaczenie jakości wytwarzania i produktu
Znaczenie jakości wytwarzania i produktu
Wymagania
Wymagania
produkt -
produkt -
usługa
usługa
Znaczenie jakości wytwarzania i produktu
Znaczenie jakości wytwarzania i produktu
Jakość wytwarzania ma przy tym ścisły
Jakość wytwarzania ma przy tym ścisły
związek z
związek z jakością życia
jakością życia
rozumianą jako
rozumianą jako
stopień
spełnienia
wymagań
stopień
spełnienia
wymagań
określających
określających
poziom materialnego i
poziom materialnego i
duchowego bytu
duchowego bytu
poszczególnych osób i
poszczególnych osób i
całego społeczeństwa.
całego społeczeństwa.
Przyczyny wzrostu wymagań jakościowych
Przyczyny wzrostu wymagań jakościowych
Znaczenie jakości wytwarzania i produktu
Znaczenie jakości wytwarzania i produktu
Miernikami jakości są kryteria
Miernikami jakości są kryteria
jakości:
jakości:
•przedmiotowe,
•wytwórcze,
•użytkowe,
•doznaniowe,
•ekonomiczne,
które równocześnie mogą być:
które równocześnie mogą być:
•mierzalne,
•porównywalne,
•ocenialne.
Model zależności
Model zależności
Przyczynowo –
Przyczynowo –
skutkowych
skutkowych
w strukturze
w strukturze
gospodarczej
gospodarczej
społeczeństwa
społeczeństwa
Modele zapewniania jakości
Modele zapewniania jakości
Zapewnienie jakości jest związane z
jednym z trzech modeli, gdy wymagania
są spełnione przez dostawcę:
•
w trakcie etapów projektowania,
w trakcie etapów projektowania,
produkcji, instalowania i obsługi
produkcji, instalowania i obsługi
produktów,
produktów,
•
w trakcie produkcji i instalowania
w trakcie produkcji i instalowania
produktów,
produktów,
•
w czasie badań końcowych produktów
w czasie badań końcowych produktów
lub usług.
lub usług.
Wybór jednego z tych modeli zależy od:
Wybór jednego z tych modeli zależy od:
•złożoności procesu projektowania
inżynierskiego,
•dojrzałości projektowania inżynierskiego,
•złożoności procesu produkcji,
•cech produktu lub usługi,
•bezpieczeństwa produktu lub usługi,
•ekonomiki.
Modele zapewniania jakości
Modele zapewniania jakości
Modele zapewniania jakości
Modele zapewniania jakości
Zapewnienie jakości procesu wytwarzania wymaga:
•określenia i zaplanowania produkcji,
•opracowania niezbędnych instrukcji roboczych,
•zapewnienia wymaganego stanu środków produkcji,
•zapewnienia odpowiednich i w uzasadnionych
przypadkach kontrolowanych
Oddziaływanie na jakość, obejmuje cztery
podstawowe fazy:
•kontrolę,
•sterowanie,
•dynamiczną poprawę,
•wbudowywanie jakości.
Dokumentacja systemu jakości
Dokumentacja systemu jakości
Schemat wpływu zarządzania, pracownika i klienta
Schemat wpływu zarządzania, pracownika i klienta
na zapewnienie jakości procesów wytwarzania
na zapewnienie jakości procesów wytwarzania
1. Dobór materiału;
2. Technologiczność;
3. Trwałość;
4. Przystosowanie do recyklingu;
5. Zapotrzebowanie na energię
(w procesie produkcyjnym, odzysku i
eksploatacji);
6. Powiązania ze środowiskiem (wpływ produktu
środowiska;
7. Badania i próby dla zapewnienia jakości;
8. Transport technologiczny;
9. Konfekcjonowanie i pakowanie;
10.Magazynowanie i spedycja;
11.Wartość złomu.
Czynniki związane z
Czynniki związane z
analizą cyklu życia
analizą cyklu życia
produktu
produktu
Projektowanie inżynierskie z uwzględnieniem
pełnego cyklu życia produktu
technicznego cyklu
życia produktu:
1.cały okres życia produktu,
2.pełny okres życia tworzących
go elementów i materiałów
rynkowego cyklu
rynkowego cyklu
życia produktu:
życia produktu:
związany jest z obecnością
danego produktu na rynku,
począwszy
od
jego
wprowadzenia do wycofania
go z rynku
Czynniki wpływające na techniczny cykl życia
produktu
Podstawowe stadia technicznego cyklu życia
Podstawowe stadia technicznego cyklu życia
produktu
produktu
Podstawowe stadia technicznego cyklu życia
Podstawowe stadia technicznego cyklu życia
produktu
produktu
Wskazane proporcje emisji gazów oraz zrzutów
odpadów ciekłych i stałych wskazują na potrzebę
prewencyjnej strategii ochrony środowiska.
Możliwe są następujące strategie w tym zakresie:
rozcieńczani
a
filtrowania
recyrkulacji
zapobiegani
a
Techniki minimalizacji odpadów
Techniki minimalizacji odpadów
•
ocenę cyklu życia produktów – LCA (life cycle assessment),
•
ocenę przewidywanego oddziaływania na otoczenie
projektowanego obiektu przemysłowego (dla nowych
działalności) – EIA (environmental impact assessment),
•
ocenę technologii (dla nowych technologii) – TA (technology
assessment),
•
ocenę ryzyka (dla niebezpiecznych chemikaliów i czynności) –
RA (risk assessment),
•
ocenę przepływu substancji (dla substancji) – SFA (substance
flow assessment),
•
audit środowiskowy (dla firm i jednostek biurowych) – EA
(environmental auditing).
Czynniki wpływające na techniczny cykl życia
produktu
Wśród narzędzi ochrony środowiska wykorzystywanych w
procesach projektowania inżynierskiego, jak również w
razie przeprojektowywania istniejącego produktu lub
opracowywania procesów wytwarzania można wymienić:
Schematyczny proces projektowania produktu
Schematyczny proces projektowania produktu
zgodnego ze środowiskiem
zgodnego ze środowiskiem
Obszar funkcjonowania czystszej produkcji
Obszar funkcjonowania czystszej produkcji
Projektowanie inżynierskie z uwzględnieniem
produkcji według zasady „dokładnie na czas“
Stanowi zintegrowany zbiór działań projektowanych
dla osiągnięcia wysokiej wydajności i efektywności
produkcji przy użyciu minimalnych nakładów, w tym
surowców i pracy w procesie produkcyjnym.
Produkcja według tej zasady jest związana z eliminacją
wszelkich strat:
•
nadprodukcją,
•
czasem oczekiwania,
•
transportem,
•
wyposażeniem
technicznym,
•
procesem
technologicznym,
•
przemieszczaniem
materiałów, elementów i
wyposażenia,
•
wadami produktów.
Konsekwencją tych założeń jest brak potrzeby
magazynowania zapasów, które są traktowane
również jako źródła strat
1. Przegląd stanu zagadnienia:
• dotychczasowa wiedza z tej dziedziny,
• ryzyko naruszenia patentów i wynalazczości,
• produkty konkurencyjne,
2. Zgodność z normami.
• dopuszczenie do użytkowania ze względu na wymagania
bezpieczeństwa (ostrzeżenia, niezamierzone użycie,
oznakowanie),
• wymagania BHP w procesie wytwarzania,
• wymagania związane z ochroną środowiska,
• normy przemysłowe (EN, PN, ISO),
3. Czynniki ludzkie (łatwość użytkowania i konserwacji).
4. Estetyka.
5. Koszt.
Inne ważne czynniki w
Inne ważne czynniki w
procesie projektowania
procesie projektowania
Projektowanie inżynierskie z uwzględnieniem
Projektowanie inżynierskie z uwzględnieniem
sposobów transportowania i magazynowania
sposobów transportowania i magazynowania
produktów
produktów
Ze względu na konieczność przetransportowania produktu
przetransportowania produktu
od wytwórcy do sprzedawcy i dalej do użytkownika, w trakcie
projektowania inżynierskiego należy uwzględnić wpływ środków
transportu na produkt.
Zabezpieczenie produktu
przed pogorszeniem jakości
w czasie transportu i
magazynowania:
1.odpowiednie opakowanie,
2. procedury eksploatacji,
3.sposób transportu.
Ograniczać zapotrzebowanie na
przestrzeń ładunkową w trakcie
transportu i składowania.
1.pojemnik wkładać jeden w
drugi;
2.wykorzystanie kontenerów.
Wpływ stanu prawnego oraz stanu techniki i
Wpływ stanu prawnego oraz stanu techniki i
normalizacji na projektowanie inżynierskie
normalizacji na projektowanie inżynierskie
produktu
produktu
Projektowania
a stan prawny oraz stan techniki i
stan prawny oraz stan techniki i
normalizacji
normalizacji
aktualny stan
techniki:
1.publikacje
techniczne,
2. patenty,
3.trendy zużycia
materiałowego
normy
przemysłowe
i społeczne
normalizacje
i uproszczenia
Czynniki ludzkie w projektowaniu inżynierskim
Czynniki ludzkie w projektowaniu inżynierskim
produktów
produktów
Człowie
k
Kształt produktu
Kształt produktu
Konserwacja i
Konserwacja i
eksploatacja
eksploatacja
1.rozmieszczenie
wskaźników i
przełączników,
2.dostępność,
3.Ergonomia.
4.itp..
Estetyka
Estetyka
1.Gładka lub błyszcząca
powierzchnia,
2.piękny kształt
3.wrażenie solidności i odporności
na
4.trudne warunki pracy
Znaczenie kosztów w projektowaniu inżynierskim
produktów
Koszt produktu musi być konkurencyjny w stosunku do porównywalnych produktów znajdujących
się na rynku
Koszt zazwyczaj stanowi jedno z
podstawowych kryteriów w procesie
projektowania
różne materiały
konstrukcje
procesy produkcyjny
Zakup
Zakup
najniższych kosztach
najniższych kosztach
(przy tych samych
(przy tych samych
kryteriach)
kryteriach)
Schemat struktury ceny produktu
Główne czynniki decydujące o doborze materiałów
inżynierskich do różnych zastosowań
Własności materiałów inżynierskich uwzględniane w projektowaniu
Własności materiałów inżynierskich uwzględniane w projektowaniu
materiałowym
materiałowym
Własności użytkowe materiałów
inżynierskich są zwykle wyrażane przez
własności
fizyczne
mechaniczne cieplne elektryczne
optyczne
STRUKTURA !!!!!
STRUKTURA !!!!!
Schemat relacji między strukturą,
własnościami materiałów inżynierskich oraz
warunkami
Dziękuję za uwagę!