PODSTAWY KONSTRUKCJI MASZYN
ELABORAT NR 1
Poszukiwanie koncepcji rozwiązań problemów.
W procesie projektowania występują zarówno działania o charakterze heurystycznym jak i algorytmicznym. Pierwsze znajdują oparcie na intuicyjnym poszukiwaniu rozwiązań, te drugie zaś na logicznym i systematycznym postępowaniu na podstawie wcześniej określonego algorytmu. Jednakże metody heurystyczne charakteryzują się pewną zawodnością polegającą na braku zapewnienia optymalnego rozwiązania, a czasem w ogóle nie doprowadzają do takiego rozwiązania.
1.5. Koncepcja.
Koncepcja jest pomysłem stanowiącym zarys rozwiązania problemu. Jest to mgliste wyobrażenie bądź wizja przyszłego wytworu powstające w wyniku procesu koncypowania polegającego na tworzeniu pola możliwych rozwiązań.
Pomocnicze techniki tworzenia koncepcji.
1.5.1. Burza mózgów.
Są to krótkie grupowe posiedzenia w sprzyjającej atmosferze swobodnego wypowiadania poglądów na przedstawione problemy, oraz zgłaszanie idei rozwiązań tych problemów w postaci oryginalnych i ciekawych pomysłów godnych dalszego rozwijania. Dla osiągnięcia właściwego celu takiego posiedzenia powinny być zachowane następujące reguły:
a) zadbanie o zachowanie warunków swobodnego myślenia i nieskrępowanych wypowiedzi (odpowiednia atmosfera),
b) wysłuchanie propozycji przez pozostałych i przyjęcie jej jako zachętę do zgłaszania własnych pomysłów lub rozwinięcia podchwyconej idei,
c) żadna wypowiedź nie może zostać skrytykowana,
d) uzyskanie możliwie wielu pomysłów na zadany temat jest celem posiedzenia,
e) czas trwania posiedzenia powinien wynosić ok. 30 min, max. 1 godz.
Prowadzący zebranie krótko przedstawia problem i przypomina reguły. Wszystkie pomysły powinny być zapisywane na tablicy w sposób widoczny dla wszystkich uczestników, może to pobudzić ich pomysłowość. Następnie zaprotokołowane lub nagrane na taśmie wypowiedzi są analizowane przez specjalistów, a wyniki przedstawiane na innym kolejnym spotkaniu. Burza mózgów może dać pewne korzyści jako sądaż w sytuacjach gdy nie zdołano uzyskać wcześniej pełnego rozeznania zgłaszanej potrzeby czy problemu, lub też gdy nie zgromadziło się informacji potrzebnych do założeń oraz występują braki w należytym rozpoznaniu rynku i wymaganiach przyszłych użytkowników.
1.5.2. Diagramy idei rozwiązań.
Za pomocą diagramu idei rozwiązań można dość do koncepcji rozwiązania. Polega to na tym, że postawionemu problemowi przypisujemy poziom zerowy, staramy się charakteryzować ogólnie w układzie pionowym, oraz coraz szczególniej w układzie poziomym, na kolejnych poziomach 1-n w wyniku czego otrzymujemy diagram.
1.5.3. Grafy jako zapis struktury.
Grafy zależności i powiązań (przekształceń i sprzężeń) mogą być wykorzystane do modyfikacji i rozwijania istniejących struktur oraz do tworzenia nowych poprzez analizę i syntezę samych grafów. Do przekazania informacji o obmyślonej konstrukcji służy jej zapis. Potrzeba zapisania informacji o układzie przestrzennym maszyny i o jej strukturze za pomocą schematów modeli blokowych oraz grafu zachodzi w fazie opracowywania koncepcji.
1.5.4. Metody heurystyczne.
Heureza w pojęciu pedagogicznym oznacza sposób nauczania, zwany poszukującym, polegający na naprowadzeniu na drogę samodzielnych poszukiwań zamiast podania gotowej wiedzy. Pojęcie heurystyki w metodologii rozumie się jako zdolność wykrywania nowych faktów, związków między nimi, a zwłaszcza czynności formułowania hipotez, prowadzących do poznania nowych prawd naukowych.
1.5.4.a) Kontrolna lista pytań.
Metoda pytań kontrolnych polega na stawianiu pytań związanych z rozpatrywanym zagadnieniem i szukaniu odpowiedzi. Listę takich pytań dostosowuje się do rozwiązywanego problemu.
1.5.4.b) Metody morfologiczne.
Metoda ta służy do tworzenia większej liczby możliwych rozwiązań. Wprowadzona do zastosowań technicznych przez F. Zwicky`ego. Mówi ona że zasady morfologii znane z nauk o budowie organizmów roślinnych i zwierzęcych mogą być z powodzeniem wykorzystywane w technice służącej do analizy, porządkowania, określania struktur obiektów, procesów, oraz całych systemów technicznych. Za jej pomocą możemy ze znanych składników strukturalnych tworzyć nowe kombinacje stwarzające możliwość wykrycia kombinacji dotychczas nieznanych. W budowie maszyn metoda ta może być realizowana za pomocą tablic morfologicznych, w której charakterystyczne składniki struktury grupuje się według pewnego określonego schematu.
1.5.4.c) Analogie.
Na podstawie znalezienia analogii do innych zjawisk w otaczającym nas świecie może czasem powstać ciekawy koncept myślowy. Warto więc obserwować inne obiekty i systemy w których możemy znaleźć podobne funkcje lub inne analogie związane z problemem przez nas rozpatrywanym. W technice wskazuje się na możliwość wykorzystania w rozwiązywaniu problemów praktycznych i teoretycznych czterech analogii:
-analogia biologiczna polega na wyszukiwaniu podobieństwa w działaniu, strukturze, funkcjach i właściwościach organizmów żywych. Analogia biologiczna nazywana jest czasem analogią prostą lub bezpośrednią.
-analogia antropomorficzna (personalna), punktem odniesienia jest tu człowiek, a właściwie „ja sam”. Polega na tym, że należy samemu wstawić się w położenie przedmiotu, maszyny lub jej części i próbować wyobrazić sobie oraz odczuć oddziaływania, reakcje, funkcje i relacje, które mogą wystąpić pod działaniem zewnętrznym (sił, przyspieszeń, ruchu, przemieszczeń).
-analogia symboliczna dominuje na poziomie mitycznego pojmowania świata. Polega na tym że człowiek nie znajdując wyjaśnienia na zjawiska przyrody z którymi się spotyka ujmuje je za pomocą mitycznych wyobrażeń i symboli. We współczesnej nauce posługujemy się również takimi symbolami, które ułatwiają na pewnym etapie przejście od postawionego problemu do jego rozwiązania, dając hipotetyczne wyjaśnienie zjawiska.
-analogia fantastyczna służy do wykorzystania przez ludzi posiadających zdolność fantazjowania i oceny realizowalności tych pomysłów. Ułatwia oderwanie się od dogmatycznego i utartego pojmowania otaczającego nas świata, wykorzystując niekiedy marzenia senne lub baśniowe.
1.5.5. Metody algorytmiczne.
W ukazujących się publikacjach dotyczących projektowania maszyn i urządzeń często pojawiają się zestawy dyrektyw według których zaleca się postępować w działalności projektowo konstrukcyjnej. Sformalizowane układy takich dyrektyw przedstawia się w postaci algorytmów. W zależności od stopnia szczegółowości dyrektyw, algorytmy te mogą być pomocne przy tworzeniu i poszukiwaniu koncepcji, jak również w szczegółowych działaniach projektowych i konstrukcyjnych. Przykładem rozbudowanego algorytmu projektowo konstrukcyjnego są metody LEMACH 3 i LEMACH 4. Nazwy pochodzą od nazwisk autorów tych metod: W. Lenkiewicza i B. Machowskiego z AGH w Krakowie. Cały cykl projektowo konstrukcyjny został podzielony na 5 etapów w których wyróżniono 24 czynności. Metoda LEMACH 4 jest rozwinięciem algorytmu LEMACH 3.
Etapy projektowania według metody LEMACH 3.
I. Ogólne i szczegółowe sformułowanie problemu. Poszukiwanie koncepcji rozwiązań.
II. Optymalizacja i wybór koncepcji rozwiązania problemu.
III. Opracowanie syntezy. Projekt wstępny. Ocena projektu. Decyzja.
IV. Projektowanie szczegółowe. Ocena całego projektu. Decyzja podjęcia badań.
V. Próbna weryfikacja rozwiązania problemu. Badania. Opracowanie wyników. Wnioski. Decyzja końcowa.
K. Koniec lub powrót do etapu II, III lub IV.
Dodatkowe symbole literowe do poniższych rysunków:
L - możliwość wprowadzania i korzystania z informacji literaturowej, katalogowej i prospektowej lub ze zbiorów informacji komputerowej.
K - możliwość komputerowego wspomagania danego etapu projektowania.
Metody algorytmiczne są jedynie środkami pomocniczymi i nie należy ich przyjmować jako idealnego przepisu na doskonałe projektowanie gdyż takowe nie ma prawa istnieć dla twórczości oryginalnej, ponieważ zbyt ogólny zestaw działań cechuje się małą przydatnością operacyjną. Algorytm może być wykorzystany w typowych powtarzających się pracach, występujących przy prawie każdym projektowaniu, gdzie ujawnia się jego użyteczna rola. Korzyść metod LEMACH wynika z ogólnych wskazówek postępowania na ćwiczeniach projektowych i przy układaniu własnych algorytmów prac projektowych często powtarzających się w praktyce. Trafny algorytm projektowania może stanowić dobrą podstawę do układania programów obliczeń konstrukcyjnych na maszyny cyfrowe.
Poniżej przedstawiam grafy metody LEMACH 3 i LEMACH 4 z ich opisami.