Slajd 1

Uproszczony systemowy model maszyny

PODSYSTEM

WYKONAWCZ

PODSYSTEM

ZASILANIA

PODSYSTEM

KORPUS

PODSYSTEM

INFOMACJI

Rodzaje więzi

  wzajemne bazowanie
  mocowanie
  wzajemne przemieszczanie (kinematyka)
  pobieranie, przetwarzanie, przekazywanie

informacji

pobieranie, przetwarzanie, przekazywanie

energii

}

ustalenie

Realizowana

funkcja

globalna

Podmiot
realizacji

Energia

Informacja

Systemowy opis maszyny lub urządzenia

Maszyna lub urządzenie będąca przedmiotem użytkowania tworzy

system techniczny, który może być opisany przez trójkę

uporządkowaną:

P ={C

}

, S (W, U)

gdzie: {

} - zbiór charakterystyk maszyny,

- funkcja globalna maszyny,

- struktura maszyny w postaci grafu, w którym

- wierzchołki odpowiadające elementom i zespołom,

- krawędzie, które określają ich wzajemne relacje.

{

} jest zbiorem atrybutów w postaci parametrów opisujących

maszynę, przy czym:

{

} = {

}, {

}

gdzie: {

} – charakterystyka strukturalna maszyny,

zbiór, atrybutów w postaci parametrów wymiarowych,

{

} – charakterystyka funkcjonalna maszyny,

zbiór atrybutów w postaci parametrów funkcjonalnych

opisujących

działanie maszyny.

Mogą one być podane w postaci:

- rzeczywistych wartości,

- w postaci zbiorów lub przedziałów wartości

jest uporządkowanym zbiorem działań i stanów maszyny

mającym na celu zamierzoną zmianę określonego obiektu

przy zadanej formie przemiany energii. Działania i stany

opisane są zbiorem atrybutów w postaci parametrów.

jest zbiorem funkcji częściowych:

{

}

jest działaniem lub stanem elementu, albo zespołu maszyny

będącym składową częścią zbioru działań i stanów.

S (W, U)

reprezentuje strukturę zbioru elementów i zespołów

powiązanych różnorodnymi relacjami (bazowania,

mocowania, przemieszczania) tworzącego wyodrębniony

system.

E
1

E
2

E
3

E
5

E
6

E
4

E
7

W niektórych przypadkach konieczny jest również opis

kształtu, zwłaszcza kształtu zewnętrznego (obiekty

pływające, latające), jako zbiory punktów

K= {p}

x,y,z

Maszyna jako system

SYSTEM - MASZYNA

PODSYSTEM KORPUS

połączenie pozostałych podsystemów

przenoszenie sił i naprężeń

PODSYSTEM ZASILANIA

PODSYSTEMWYKONAWCZY

      Zespoły mechaniczne
                     elektryczne
                     hydrauliczne
                     pneumatyczne

ZESPOŁY

realizacji funkcji częściowej

PODSYSTEM

WYKONAWCZY

WYMIENNY

PODSYSTEM INFOMACJI

POSYSTEM

STEROWANIA

celowe
oddziaływanie na
elementy
i zespoły

PODSYSTEM SENSORÓW

odbieranie
przetwarzanie SYGNAŁÓW zew.
wew.
wysyłanie

PODSYSTEM POBIERANIA

ENERGII

PODSYSTEM

PRZETWARZANIA
PRZEKAZYWANIA

ENERGII

POSYSTEM AKTUATORÓW

odbieranie SYGNAŁÓW
sensorów sterowania P. inf.

P. wyk. wysyłanie

Podstawowe cechy współczesnego projektowania

praca zespołowa

, skład zespołów zależny od specyfiki

projektu i kolejnego etapu projektowania, co wymaga

wzajemnego zrozumienia i umiejętności współpracy

wzajemnego zrozumienia i umiejętności współpracy,

projektowanie całego cyklu istnienia produktu

, nie

tylko, projektowania konstrukcyjnego, technologicznego

i wytwarzania,

typowe programy

w trakcie projektowania stosowane są

w szerokim zakresie typowe, dostępne na rynku

programy, co przyspiesza proces, polepsza jego jakość, ale

ogranicza inwencję twórczą,

powiązanie procesu

konstrukcyjnego i

technologicznego, oraz integracja z systemem

wytwarzania

Zespół projektujący

Poszukiwanie rozwiązania

Analiza wstępna

Poszukiwanie koncepcji

Wstępne określenie

struktury

Projektowanie konstrukcji

Projekt wstępny

Model analiza kosztów

Projekt ostateczny

Projekt szczegółowy

Projekt procesów obróbki

Ostateczny projekt

procesu obróbki części

Struktura procesu

obróbki części

Projekt procesu montażu

Projekt końcowego

procesu montażu

Projekt procesu

montażu części i

zespołów

Planowanie produkcji,

programowanie stanowisk

obróbki i montażu

Koordynator
projektu

Mechanik

konstruktor

Mechanik

technolog

Konceptualis

ta kreatyk

Ekonomista

specjalista

ds.

marketingu

Przyrodnik bionik

Automaty

k robotyk

Elektronik

elektryk

Informaty

Artysta
plastyk

Ergonomis

ta BHP

Specjalista

ochrony

środowiska

Uwaga! Lista niepełna

System projektowania

PODSYSTEM PROJEKTOWANIA

KONSTRUKCJI

Zbiory

- narzędzi
-
oprzyrządowania
  obróbkowego
  montażowego
  pomiarowego

System wytwarzania

Stanowiska

obróbki i montażu

Wymagania

rynku

Założenia

ekonomiczn

-techniczne

PODSYSTEM

PROJEKTOWANIATECHNOLOGII

Dokumentac

- konstrukcji
- technologii

Zespół

analityczno

badawczy

Zespół projektowania

technologii

Metody

projektowania

technologii

Komputerow

e systemy

projektowania

technologii

Oprogramowan

Prototypowni

Zespoły

Laboratoria

Stanowiska

badań

specjalistycznych

Zespoły

Stanowiska

szybkiego

prototypowania

Zespół

projektowania

konstrukcji

Metody

projektowania

konstrukcji

Komputerowe

systemy

projektowania

konstrukcji

Oprogramowanie

Innowacyjność

Czynniki warunkujące proces innowacyjności

INNOWACYJNOŚĆ

Rutynowość

rozwiązań

Obawa przed

ryzykiem

Brak wiedzy

o kierunkach

rozwoju

techniki

Nieznajomość

bioniki

Brak pracy

zespołowej

Zdolność

podejmowania

ryzyka

Wiedza

o kierunkach

rozwoju

techniki

Krytyczna ocena

aktualnych

rozwiązań

Znajomość

bioniki

i umiejętność

jej stosowania

Umiejętność pracy

zespołowej

Źródła innowacyjności w projektowaniu

Źródła

innowacyjności

Istniejące rozwiązania

konstrukcyjne

Baza danych

o wynalazkach i

patentach

Wzorce występujące

w przyrodzie

Heurystyczne

koncepcje

i pomysły

Rozwiązanie

konstrukcyjne, adaptacja

i modernizacja

Wybór i adaptacja do

rozwiązania

konstrukcyjnego

Szczegółowe rozwiązanie

konstrukcyjne koncepcji

Wybór wzorca i

przekształcenie go w

model

Projektowanie

innowacyjnego

rozwiązania

konstrukcyjne

Poszukiwanie innowacyjnych rozwiązań

Poszukiwanie

rozwiązania

w przyrodzie

≈ F

≈S

≈F

Propozycja wzorców

bionicznych

Projektowany obiekt

techniczny

funkcja globalna

struktura S

kształt F

Poszukiwanie obiektu

podobnej
- funkcji,

- strukturze

- kształcie

Brak rozwiązania

Koncepcyjne twórcze

poszukiwanie

rozwiązania

Opracowanie

szczegółowe

wybranego

rozwiązania

Wybór

koncepcji

Zbiór proponowanych

rozwiązań

Istniejący zbiór

obiektów

Analiza stopnia

analogii

Adaptacja wybranych

rozwiązań

Modyfikacja

i modernizacja

wybranych rozwiązań

Opracowanie

uproszczonych modeli

rozwiązania

technicznego

Metoda TRIZ

Teoria rozwiązywania innowacyjnych zadań

(Teoria reszenija izobretjatielskich zadacz).

Metoda wykorzystuje cztery podstawowe narzędzia



metodę dążenia poprzez ewolucję do osiągnięcia poziomu idealnego,



metodę innowacyjności poprzez analizę przeciwieństw,



bazę wiedzy ujętą w formie zbiorów funkcji,



metodę systematycznego i maksymalnego wykorzystania zasobów.

KONKRETNE

ZAGADNIENIE

ABSTRAKCJA

ZASTOSOWANIE

ANALIZA

UŻYCIE

bazy

TRIZ

Baza TRIZ

TYPOWE

ZAGADNIENIEA

Baza TRIZ

TYPOWE

ROZWIĄZANIA

INNOWACYJNE

ROZWIĄZANIE

Podstawowe narzędzia:



40 podstawowych zasad innowacyjności



macierz przeciwieństw

Podstawy metody TRIZ

N
N
O

A
C

N
O

Ś
Ć

B
A
Z

S
Y
S

T
E

Y
C
Z

N
O

Ś
Ć

TRIZ

System

techniczny

zmierza do

rozwiązania

idealnego

Innowacja jest

wynikiem

rozwiązania

przeciwieństw

Szukane

rozwiązanie

znaleźć można

w innej

dziedzinie

Rozwiązanie jest

wynikiem

systematycznego

etapowego

działania

N A R Z Ę D Z I A

Podstawowe działania w metodzie ukierunkowanej

na przyrodę

Określenie

zasady działania

zmiany stanu

Tworzenie

analogicznego

uproszczoneg

o systemu

technicznego

Wyodrębniani

elementów

określenie

ich relacji

ANALIZA

SYNTEZA

System

biologiczny

o wysokim

stopniu

analogii

Koncepcja

- działania
- zmiany stanu
systemu

technicznego

Rozwiązanie

koncepcji

technicznej

Poszerzanie wiedzy

- badania eksperymentalne
- budowa modeli

Materiały pomocnicze:

Katalog struktur biologicznych

i analogii funkcjonalnych

PRZEJMOWANIE PRZENOSZENIE SIŁ

Przejmowanie przenoszenie
sił

Łączenie dzielenie

Przemieszczanie

Tworzenie

Gromadzenie wstrzymanie

Przekształcanie

Budowa

kości ptaka

Działanie

nogi

dzięcioła

Budowa

pokrywy

chrząszcza

Plaster

miodu

SYSTEM

BIOLOGICZNY

Podsystem zasilania

i transformacji

energii

Metabolizm

Energia

słoneczna

…

Maszyna adaptroniczna

wzorowana na systemie

biologicznym

Aktywna struktura ciała I szkieletu

Podsystem informacji

Zespoły

receptorów

zewnętrznych

wewnętrznych

Centraln

system

nerwowy

(mózg)

Podsystem

wykonawczy

Układ mięśniowy

Narządy

chwytne Narządy

ruchu

biegania

pływania

latania

…

Aktywna elastyczna struktura korpusu

SYSTEM

ADAPTRONICZN

Podsystem

informacji

Centralny

system

sterowan

Zespoły
sensoró

Podsystem

wykonawczy

Manipulatory

mechaniczne

           elektryczne
           hydrauliczne
          pneumatyczne

Podsystem

zasilania

i transformacji

energii

Energia:

cieplna

słoneczna

atomowa

Podsystem

aktuatorów

Nowe koncepcje w budowie

maszyn

Maszyna prorozwojowa

Dynamiczny rozwój przemysłu powoduje szereg zjawisk,

które zaczynają stwarzać globalne zagrożenia jak:

• wzrastające zużycie naturalnych źródeł energii i surowców

mineralnych,

• postępująca dewastacja środowiska naturalnego, zwłaszcza lasów

tropikalnych,

• przekroczenie w wielu obszarach możliwości asymilacji

szkodliwych produktów,

• zubożenie różnorodności biosfery i coraz szybciej wzrastająca

liczba ginących i zagrożonych gatunków zwierząt i roślin,

• zwiększająca się różnica poziomów życia, i społeczne konflikty,

• wzrastające uzależnienie człowieka od produktu, manipulacja

jego postawą powodują ograniczenie jego niezależności i

swobody wyboru.

Niekorzystne zmiany doprowadziły do powstania propozycji zmian i

nowych koncepcji, a zwłaszcza produkcji oszczędnej.

lepiej

więcej

szybciej

taniej

lepiej

oszczędniej

trwalej

Główne założenia:

        - zróżnicowanie funkcji, wytwarzanych produktów,
          A – produkty o przedłużonym  okresie użytkowania
          B – produkty krótkotrwałe
        - ograniczenie i dostosowanie systemów do produkcji

oszczędnej,

        - zmiana i rozszerzenie zakresu odpowiedzialności producenta
        - dążenie do przekształcenia społeczeństwa konsumpcyjnego
          w społeczeństwo wiedzy

długotrwała zdolność

prorozwojowa

użytkowania produktu

Powoduje to konieczność zmiany właściwości

produktów,

wyrażonej jako

(

sustainable product)

Można ją uzyskać

poprzez:

zmianę struktury

wymianę podzespołów

Warunki przedłużenia eksploatacji maszyny

Długotrwała zdolność prorozwojową użytkowania maszyny

wymaga :



informacji o wymaganiach rynku i potrzebach klienta,



bazy wiedzy związanej z użytkowaniem maszyn,

Ważniejsze wymagania konstrukcyjne:



w miarę równomierny okres eksploatacji poszczególnych

modułów,



odpowiednią redundancję konstrukcji,



wysoki poziom modułowości,



możliwość rekonfiguralności, optymalizacja musi być oparta na

innych niż dotychczas kryteriach, uwzględniając możliwości

zmian funkcji.

Ważniejsze wymagania technologiczne:



wysoki stopień technologiczności poszczególnych

elementów,



ujednolicony i prosty sposób połączeń zespołów i

elementów,



łatwość demontażu elementów i zespołów łatwą

dostępność elementów i zespołów przewidzianych do

wymiany,



określenie zakresu recyklingu w odniesieniu do

elementów

i zespołów przy ostatecznym zakończeniu eksploatacji.

Proces projektowania

prorozwojowej maszyny

Z uwzględnieniem

- montażu

- demontażu

- wymiany

- wariantowania struktury

Projektowani

konstrukcyjn

Projektowanie
technologiczne

Opis

funkcji globalnej

Opis funkcji

częściowych

podsystemów {f}

realizujących Fg

Określenie zakresu

zmian funkcji globalnej

Wybór zbioru {f}

podsystemu P

uczestniczących w

zmianach

Zaprojektowanie zbiorów

{p, u}

realizujących Fg

Projektowanie

przewidzianych zmian

w zbiorach{p, u}

Określenie typu maszyny i jej

podstawowych podsystemów

Wybór podsystemów

zapewniających prorozwojowość

Baza

wiedzy

diagnostyczne

Fg = f(t)

{f} = f(t)

Projekt

koncepcyjny

Proces dydaktyczny

Przedstawione kierunki w projektowaniu i wytwarzaniu maszyn stawiają

nowe wymagania w procesie kształcenia inżynierów-konstruktorów.

Z ważniejszych

Z ważniejszych zmian programowych

zmian programowych

można by zaproponować

rozważenie możliwości wprowadzenia nowych przedmiotów obieralnych

(na studiach magisterskich i studiach doktoranckich):



przedmiot „Innowacyjne metody projektowania”, obejmujący przegląd

i charakterystykę projektowania, ważniejszych programów,

uwarunkowania współpracy specjalistów, projektowanie prorozwojowe i

oszczędne,

przedmiot „Kreatywność w działalności inżynierskiej”, metody

twórczego myślenia, kształtowanie aktywnej postawy, teoria

wynalazczości,



ewentualne utworzenie wydziałowej pracowni prototypowej, gdzie

studenci mogliby realizować koncepcję swojej pracy nie tylko jako

dokumentacji ale w postaci rzeczywistego modelu lub rozwiązania

konstrukcyjnego

Z ważniejszych

Z ważniejszych zmian zajęć projektowych

zmian zajęć projektowych

można by

zaproponować;



zwiększenie samodzielności w projektowaniu, zwłaszcza

zwrócenie szczególnej uwagi na fazę koncepcyjną,

umożliwiając realizację własnych pomysłów, wyzwalając w

ten sposób aktywną, twórczą postawę,



większe zróżnicowanie tematyki projektowej, umożliwiające

szersze wprowadzeni pomysłów i koncepcji indywidualnych,



zapoznanie studentów z warunkami pracy zespołowej,

tworzenie grup opracowujących wspólnie projekt o

szerszym zakresie, zbliżając w ten sposób projektowanie do

warunków przemysłowych,

Document Outline