Slajd 1

Temat 3:

Czynniki decydujące o

doborze materiałów

dla zastosowań

technicznych

asady doboru

materiałów

konstrukcyjnych

Projektowanie inżynierskie jest złożonym

działaniem

wymagającym uwzględnienia wielu

różnorodnych

różnorodnych czynników

czynników

i elementów !!!!!

Czynniki uwzględniane podczas

projektowania inżynierskiego

Główne

czynniki

Funkcjonalne

Związane z analizą

cyklu życia produktu

Socjologiczne,

ekologiczne

ekonomiczne

Czynniki

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

pełni

jego

parametry

odpowiadające

pełni

jego

założonym funkcjom

użytkowym, jak również

wymagania co do kształtu, a także

tolerancje wymiarowe.

Zależność między wymaganiami dotyczącymi

kształtu

a cechami materiału w projektowaniu inżynierskim

1. Każdy kształt produktu narzuca wymagania dotyczące

materiału.

2. Zmiana procesu technologicznego może zmienić własności

materiału,

może

powodować

konieczność

przeprojektowania procesu technologicznego

Zależności między wymaganiami co do kształtu produktu a

cechami materiału

Metody

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

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

rodzajów uszkodzenia podczas eksploatacji

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

, jego niewłaściwego składu lub

błędów w obróbce cieplnej.

Nie

należy

dopuszczać

uszkodzeń

elementów

Nie

należy

dopuszczać

uszkodzeń

elementów

powodujących

bezpośrednie

powodujących

bezpośrednie

zagrożenie

życia

lub

zagrożenie

życia

lub

uszkodzenia ciała

, albo uszkodzenie bądź zniszczenie

produktów czy ich elementów.

Uwzględnienie wymiarów i masy produktów

podczas projektowania inżynierskiego

Wymiary i masa elementów wywierają wpływ zarówno

na dobór materiału, jak i procesu technologicznego.

Elementy

o małych wymiarach

„

pręty, blach”

koszt materiału jest znacznie mniejszy

od kosztu ich wytworzenia

Możliwość stosowania droższych

materiałów

Elementy

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

tanie materiały

Projektowanie inżynierskie w razie wytwarzania

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

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

produktów

Dobór materiału zamiennego wiąże się najczęściej z

modyfikacją lub zmianą

procesu technologicznego (to

samo w przypadku zmiany procesu technologicznego).

Modyfikacja produktu

Cel

Obniżeni

kosztów

Zwiększenia

niezawodnoś

Wydłużenia trwałości

eksploatacyjnej

produktu

inne

Zależność między projektowaniem inżynierskim

a wytwarzaniem

Wytypowany proces technologiczny

oraz

możliwości wykorzystania niektórych technologii
wpływają

proces

projektowania

proces

projektowania

inżynierskiego

decydując

doborze

materiału

, jak również o sekwencji operacji

technologicznych, a także o wymiarach,
tolerancjach

wymiarowych,

połączeniach

elementów i innych aspektach.

Zależność między projektowaniem inżynierskim

a wytwarzaniem

Proces projektowania wymaga uwzględnienia

czynników

związanych z procesem

procesem

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

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

Integralną część każdego procesu produkcyjnego

stanowi

zapewnienie jakości

, szczególnie ze

względu

katastrofalne

względu

katastrofalne

konsekwencje

prowadzania na rynek produktów lub

usług

wadliwych

Znaczenie jakości wytwarzania i produktu

Jakość wytwarzania ma przy tym ścisły

związek z

związek z jakością życia

jakością życia

rozumianą jako

stopień

spełnienia

wymagań

stopień

spełnienia

wymagań

określających

poziom materialnego i

duchowego bytu

poszczególnych osób i

całego społeczeństwa.

Znaczenie jakości wytwarzania i produktu

Miernikami jakości są kryteria

jakości:

•przedmiotowe,

•wytwórcze,

•użytkowe,

•doznaniowe,

•ekonomiczne,

które równocześnie mogą być:

•mierzalne,

•porównywalne,

•ocenialne.

Model zależności

Przyczynowo –

skutkowych

w strukturze

gospodarczej

społeczeństwa

Modele zapewniania jakości

Zapewnienie jakości jest związane z
jednym z trzech modeli, gdy wymagania
są spełnione przez dostawcę:

•

w trakcie etapów projektowania,

produkcji, instalowania i obsługi

produktów,

•

w trakcie produkcji i instalowania

produktów,

•

w czasie badań końcowych produktów

lub usług.

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

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.

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

analizą cyklu życia

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

życia produktu:

związany jest z obecnością
danego produktu na rynku,
począwszy

jego

wprowadzenia do wycofania
go z rynku

Podstawowe stadia technicznego cyklu życia

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

filtrowania

recyrkulacji

zapobiegani

•

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:

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

procesie projektowania

Projektowanie inżynierskie z uwzględnieniem

sposobów transportowania i magazynowania

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

normalizacji na projektowanie inżynierskie

produktu

Projektowania

a stan prawny oraz stan techniki i

stan prawny oraz stan techniki i

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

produktów

Człowie
k

Kształt produktu

Konserwacja i

eksploatacja

1.rozmieszczenie
wskaźników i
przełączników,
2.dostępność,
3.Ergonomia.
4.itp..

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

najniższych kosztach

(przy tych samych

kryteriach)

Document Outline