אם עשיתם תכנון מכני במשך מספר שנים או יותר מעשר שנים, אז קראו היטב את המאמר הזה, סיכום הניסיון שאתם רוצים לכתוב כבר כאן.
תכנון מכני (תכנון מכונה), בהתאם לדרישות השימוש, הוגה, מנתח ומחשב את עקרון העבודה, מבנה, מצב תנועה, מצב העברת כוח ואנרגיה, חומר, צורה וגודל של כל חלק, שיטת סיכה וכו' של מכונה וממיר אותם לתיאור ספציפי משמש כבסיס ייצור לתהליך העבודה.
תכנון מכני הוא חלק חשוב מהנדסת מכונות, השלב הראשון בייצור מכני, והגורם החשוב ביותר הקובע את הביצועים המכניים.
מטרת התכנון המכני היא לתכנן את המכונות הטובות ביותר בתנאים מוגבלים שונים (כגון חומרים, יכולות עיבוד, ידע תיאורטי ושיטות חישוב וכו'), כלומר לבצע תכנונים מיטביים.
עיצוב אופטימלי צריך לשקול באופן מקיף דרישות רבות, כולל: ביצועי העבודה הטובים ביותר, עלות הייצור הנמוכה ביותר, הגודל והמשקל הקטן ביותר, האמינות ביותר בשימוש, הצריכה הנמוכה ביותר והמינימום זיהום סביבתי. דרישות אלו סותרות לרוב, וחשיבותן היחסית משתנה בהתאם לסוג המנגנון והיישום. המשימה של המעצב היא לשקול את החשיבות בהתאם למצב הספציפי ולתכנן תכניות כוללות כך שלמכונות המתוכננות תהיה ההשפעה הטכנית והכלכלית המקיפה הטובה ביותר.
בעבר, האופטימיזציה של העיצוב נשענה בעיקר על הידע, הניסיון וראיית הנולד של המעצב. עם התפתחותן של דיסציפלינות חדשות כגון התיאוריה הבסיסית של הנדסת מכונות, הנדסת ערכים וניתוח מערכות, צבירת נתונים טכניים וכלכליים לייצור ושימוש, והפופולריות והיישום של מחשבים, האופטימיזציה נוטשת בהדרגה את השיפוטים הסובייקטיביים ומסתמכת על חישובים מדעיים. (הערת העורך: מהנדסים "ישנים" צריכים לשים לב, אם הם לא מתקדמים, הם יבוטלו)
התכנון של מכונות תעשייתיות שונות, במיוחד התכנון המכני של המערכת כולה ושל המערכת כולה, חייב להיות מחובר לטכנולוגיות תעשייתיות שונות הקשורות וקשה ליצור דיסציפלינה עצמאית. לכן, הופיעו תת-תחומי תכנון מכני מקצועי כגון תכנון מכונות חקלאיות, תכנון מכונות כרייה, תכנון משאבות, תכנון מדחסים, תכנון טורבינת קיטור, תכנון מנוע בעירה פנימית ותכנון כלי מכונות. (הערת העורך: הפתגם הישן אומר ש"שזירה זה כמו הר", אבל עכשיו זה "הולך ביחד כמו הר". זה גם תכנון מכני. אתה מומחה בתחום הזה. אם אתה מחליף לתחום אחר , אולי אתה הדיוט)
1
סיווג עיצוב
ניתן לחלק עיצוב מכני לשלוש קטגוריות: עיצוב חדש, עיצוב בירושה ועיצוב וריאנטי.
1. עיצוב חדש
יישם מדע וטכנולוגיה בוגרים או טכנולוגיות חדשות שהוכחו כמעשיות באמצעות ניסויים כדי לתכנן סוגים חדשים של מכונות שלא נראו מעולם.
2. עיצוב ירושה
על פי ניסיון השימוש והפיתוח הטכנולוגי, המכונות הקיימות מתוכננות ומתעדכנות כדי לשפר את ביצועיה, להפחית את עלות הייצור שלה או להפחית את עלות התפעול שלה.
3. עיצוב וריאנט
על מנת לענות על הצרכים החדשים, בוצעו כמה שינויים או תוספות ומחיקות במכונות הקיימות כדי לפתח מוצרים שונים מהסוג הסטנדרטי.
2
תהליך עיקרי
1. ניסוח משימות עיצוב בהתאם לצרכי הלקוח, צרכי השוק ותוצאות מחקר מדעיות חדשות.
2. תכנון ראשוני. כולל קביעת עקרון העבודה והצורה המבנית הבסיסית של המכונה, ביצוע תכנון תנועה, תכנון מבני ושרטוט שרטוט כללי ראשוני וסקירה ראשונית.
3. עיצוב טכני. כולל שינוי העיצוב (לפי חוות דעת הסקירה הראשונה), שרטוט כל החלקים ושרטוטים כלליים חדשים והסקירה השנייה.
4. עיצוב ציור עבודה. כולל השינוי הסופי (לפי חוות הדעת של הסקירה השנייה), שרטוט של כל שרטוטי העבודה (כגון שרטוטי חלקים, שרטוטי הרכבה של רכיבים ושרטוטי הרכבה כללית וכו'), וגיבוש כל המסמכים הטכניים (כגון רשימת חלקים, רשימה של חלקי לבוש, הוראות שימוש וכו').
5. השלימו את העיצוב. מכונות לייצור אצווה או המוני. עבור תכנון מכני עם משימות תכנון פשוטות יחסית (כגון תכנון חדש של מכונות פשוטות, תכנון ירושה או עיצוב וריאציה של מכונות כלליות וכו'), ניתן להשמיט את הליך התכנון המקדים.
3
שלב התכנון
איכות המכונה תלויה בעצם באיכות העיצוב. התפקיד שמילא תהליך הייצור על איכות המכונה הוא בעצם להשיג את האיכות שצוינה בזמן התכנון. לכן, שלב התכנון של המכונה הוא המפתח לקבוע אם המכונה טובה או רעה.
תהליך התכנון הנדון מתייחס רק לתהליך התכנון הטכני במובן הצר. זהו תהליך עבודה יצירתי, אך גם עבודה שמשתמשת עד כמה שניתן בחוויה המוצלחת הקיימת. רק על ידי שילוב טוב של ירושה וחדשנות נוכל לעצב מכונות באיכות גבוהה. כמכונה שלמה, זוהי מערכת מורכבת. כדי לשפר את איכות העיצוב, חייב להיות הליך עיצוב מדעי. למרות שאי אפשר לרשום תוכנית ייחודית יעילה בכל מצב, בהתבסס על הניסיון ארוך הטווח של אנשים בתכנון מכונות, תוכנית העיצוב של מכונה יכולה להיות בעצם כפי שמוצג בטבלה.
תְמוּנָה
כל שלב מתואר בקצרה להלן.
(1) תכנון
בשלב התכנון, יש לבצע חקירה, מחקר וניתוח נאותים על פי דרישת המכונה המעוצבת (הערת עורך: כגון לימוד קפדני של דרישת הלקוח ומתן מידע רלוונטי, תקשורת חוזרת עם הלקוח על מנת להבהיר את הרעיונות והכוונות של הלקוח, וכו'), באמצעות אנליזה, כדי להבהיר עוד יותר את הפונקציות שצריכות להיות למכונה, ולהציג את האילוצים שנקבעו על ידי הסביבה, הכלכלה, העיבוד ומגבלת הזמן לקבלת החלטות עתידיות. על בסיס זה, כתוב בבירור את הדרישות והפרטים הכוללים של משימת התכנון, ולבסוף צור ספר משימות עיצוב כסיכום של שלב זה.
ספר משימות התכנון צריך לכלול בדרך כלל: תפקוד המכונה, אומדן הכלכלה והגנת הסביבה, הערכה גסה של דרישות הייצור, דרישות השימוש הבסיסיות ומגבלת הזמן הצפויה להשלמת משימת התכנון וכו'. בשלב זה , בדרך כלל ניתן לתת רק טווח סביר עבור הדרישות והתנאים הללו, ולא נתונים מדויקים. כך למשל ניתן לקבוע לפי הדרישות שיש לעמוד בהן, דרישות המינימום והדרישות הצפויות להגיע.
(2) עיצוב תכנית
על פי עקרונות עבודה שונים, ניתן לערוך מגוון תוכניות ספציפיות ליישום סוכנויות. לדוגמה, במונחים של חיתוך חוט, ניתן לסובב את חומר העבודה בלבד ולהזיז את הכלי באופן ליניארי כדי לחתוך את החוט (כגון חיתוך החוט במחרטה רגילה), או שניתן לשמור את חומר העבודה בשקט בזמן שהכלי מסתובב נע כדי לחתוך את החוט (כגון עיבוד חוטים עם תבניות). כלומר, אפילו עבור אותו עקרון עבודה, עשויים להיות כמה פתרונות מבניים שונים.
לתכנית של החלק העיקרי (הערת עורך: חלק כוח) יכולה כמובן להיות גם אפשרויות רבות. בשל האוניברסליות של אספקת החשמל ופיתוח טכנולוגיית ההנעה החשמלית, ניתן לומר כי הרוב המכריע של המכונות הנייחות מעדיף כיום את המנוע החשמלי כמניע ראשי. מובילים תרמיים משמשים בעיקר במטוסי תובלה, מכונות בנייה או מכונות חקלאיות. גם אם המנוע משמש כמניע, יש גם אפשרויות AC ו-DC, מהירות גבוהה ומהירות נמוכה וכו'.
ערכת חלק ההולכה מורכבת ומגוונת יותר. עבור אותה משימת שידור, ניתן להשלים אותה על ידי מגוון מנגנונים ושילובים של מנגנונים שונים. לכן, אם IV משמש לייצוג מספר הפתרונות האפשריים של החלק העיקרי, ו-N2 ו-N3 מייצגים את המספרים האפשריים של פתרונות של חלק ההולכה וחלק הביצוע בהתאמה, אזי מספר הפתרונות האפשריים IV של המכונה שלם הוא Ni×N2×N3. (הערת העורך: פתרונות יעילים ניתנים לביצוע רק מבחינה פונקציונלית, ולאחר מכן מסוננים מנקודות מבט טכניות וכלכליות)
האמור לעיל נדון רק במונחים של שלושת החלקים העיקריים המרכיבים את המכונה. לפעמים יש צורך לשקול את התצורה של מערכות עזר.
בין כל כך הרבה פתרונות, רק מעטים אפשריים מבחינה טכנית. יש להעריך את מספר התוכניות האפשריות הללו באופן מקיף מהיבטים של טכנולוגיה, כלכלה והגנת הסביבה. ישנן שיטות הערכה רבות, וההערכה הכלכלית נלקחת כדוגמה להמחשה בקצרה.
כאשר מעריכים במונחים של כלכלה, יש צורך לשקול לא רק את כלכלת העיצוב והייצור, אלא גם את כלכלת השימוש. אם התוכנית המבנית של המכונה מסובכת יותר, עלות העיצוב והייצור שלה יוגדלו יחסית, אך הפונקציות שלה יהיו שלמות יותר, והפרודוקטיביות שלה תהיה גבוהה יותר, כך שגם חסכון השימוש טוב יותר. לעומת זאת, עבור מכונה עם מבנה פשוט יחסית ופונקציות לא מספקות, למרות שעלויות התכנון והייצור נמוכות, עלות התפעול תגדל. כאשר מעריכים את כלכלת התכנון והייצור של תוכניות מבניות, זה יכול להתבטא גם בעלות יעילות היחידה. למשל עלות ליחידת הספק פלט, עלות מוצר בודד וכו'.
בעת הערכת המכונה, יש צורך לנתח את מהימנות המכונה, ולקחת את המהימנות כמדד הערכה. מנקודת מבט של אמינות, לעתים קרובות אין זה חכם לרדוף באופן עיוור אחר מבנים מורכבים. באופן כללי, ככל שהמערכת מורכבת יותר, האמינות של המערכת נמוכה יותר. על מנת לשפר את אמינות המערכת המורכבת, יש צורך להגדיל את מערכת הגיבוי המקביל, דבר שיעלה בהכרח את עלות המכונה.
הגנת הסביבה היא גם היבט חשוב שיש לשקול היטב בתכנון. יש לנתח בפירוט פתרונות טכניים בעלי השפעות שליליות על הסביבה ולהציע פתרונות בוגרים מבחינה טכנית.
באמצעות הערכת התוכנית, מתקבלת ההחלטה הסופית לקבוע תרשים סכמטי או תרשים סכמטי של תנועת המנגנון לשלב הבא של התכנון הטכני.
בשלב תכנון התכנית, יש לטפל כראוי בקשר בין התייחסות לחדשנות. יש להשתמש בתקדימים המוצלחים של מכונות דומות לעיון, ויש לשפר או לשנות מהיסוד את החוליות החלשות והחלקים המקוריים שאינם עומדים בדרישות של משימות קיימות. יש צורך לחדש באופן אקטיבי ולהתנגד לשמרנות ולהעתקת העיצוב המקורי, וגם להתנגד לשתי הנטיות השגויות של חתירה עיוורת לחדשנות והשלכת ניסיון מקורי סביר. (הערת העורך: המפתח ללמוד ממנו הוא לגלות את החסרונות של החישוב המקורי)
(3) תכנון טכני
מטרת שלב התכנון הטכני היא לייצר סקיצת הרכבה כללית וסקיצת הרכבה של רכיבים. קבעו את הצורה והגודל הבסיסי של כל רכיב וחלקיו באמצעות עיצוב סקיצות, לרבות החיבור בין חלקים, הצורה והגודל הבסיסי של חלקים ורכיבים. לבסוף, צייר את שרטוטי העבודה, שרטוטי הרכבת הרכיבים ושרטוטי הרכבה הכלליים של החלקים.
על מנת לקבוע את הגודל הבסיסי של החלקים העיקריים, יש לבצע את העבודה הבאה:
(1) תכנון קינמטי של המכונה.
על פי התוכנית המבנית שנקבעה, קבע את הפרמטרים של החלק הנע המקורי (כוח, מהירות סיבוב, מהירות ליניארית וכו '). לאחר מכן בצע חישובים קינמטיים כדי לקבוע את פרמטרי התנועה (מהירות, מהירות, תאוצה וכו') של כל רכיב נע.
(2) חישוב דינמי של המכונה.
בשילוב עם פרמטרי המבנה והתנועה של כל חלק, מחושבים גודל ומאפייני העומס על כל חלק עיקרי. העומס המתקבל בשלב זה הוא רק העומס הנומינלי (או הנומינלי) הפועל על החלק מכיוון שהחלק לא תוכנן.
(3) עיצוב כושר העבודה של החלקים.
תכנון ראשוני של חלקים ורכיבים יכול להיעשות אם הגודל והמאפיינים של העומס הנומינלי על החלקים העיקריים ידועים. הקריטריונים לכושר העבודה עליהם מתבסס התכנון חייבים להיות ערוכים באופן סביר תוך התייחסות לתנאי הכשל הכלליים, מאפייני העבודה ותנאי הסביבה של חלקים ורכיבים. בדרך כלל, ישנם קריטריונים כגון חוזק, קשיחות, יציבות רעידות וחיי שירות. על ידי חישוב או אנלוגיה, ניתן לקבוע את הממדים הבסיסיים של חלקים ורכיבים.
(4) תכנון סקיצות הרכבת רכיבים וסקיצות הרכבה כללית.
לפי המידות הבסיסיות של החלקים והרכיבים העיקריים שנקבעו, מתכננים סקיצת הרכבת הרכיבים וסקיצת ההרכבה הכללית. המתאר והממדים של כל החלקים צריכים להיות מתוכננים בצורה מבנית על הסקיצה. בשלב זה, יש צורך לתאם היטב את המבנה והגודל של כל חלק, ולשקול באופן מלא את יכולת הייצור המבנית של החלקים והרכיבים המעוצבים, כך שלכל החלקים תהיה התצורה הסבירה ביותר.
(5) בדיקת חלקים עיקריים.
עבור חלקים מסוימים, בשלב (3) לעיל, בשל המבנה הספציפי המתלבט, קשה לבצע חישוב מפורט של כושר העבודה, כך שניתן לבצע רק חישוב ותכנון ראשוניים. לאחר שרטוט סקיצת הרכבת הרכיבים וסקיצת ההרכבה הכללית, ידועים המבנה והגודל של כל החלקים, וידוע גם הקשר בין חלקים סמוכים. רק בשלב זה ניתן לקבוע בצורה מדויקת יותר את העומס הפועל על החלק, ולקבוע גורמים מפורטים שונים המשפיעים על כושר העבודה של החלק. רק בתנאי זה, ניתן וצריך לבצע חישובי בדיקה מדויקים עבור חלקים חשובים או חלקים בעלי צורות מורכבות ותנאי לחץ. על פי תוצאות הבדיקה, מבנה וגודל החלקים משתנים שוב ושוב עד לסיפוקם.
בכל שלב של תכנון טכני, טכנולוגיית עיצוב האופטימיזציה שפותחה ב-30 עד 40 השנים האחרונות הראתה יותר ויותר את יכולתה לייעל את בחירת הפרמטרים המבניים. כמה שיטות חישוב מספריות חדשות, כגון שיטת האלמנטים הסופיים, יכולות להשיג תוצאות חישוב כמותיות משוערות מצוינות עבור בעיות שבעבר היה קשה לחישוב כמותי. עבור מספר קטן של חלקים חשובים מאוד, מורכבים ויקרים, יש להשתמש בשיטת בדיקת הדגם לתכנון בעת הצורך, כלומר, הדגם מיוצר לפי שרטוטי התכנון המקדימים, וחלקים חלשים מבניים או חלקים מיותרים נמצאים דרך מבחנים. גודל, לפיו לחזק או להקטין כדי לשנות את העיצוב המקורי, ולבסוף להגיע לרמת השלמות. תיאוריית המהימנות המכנית משמשת בשלב התכנון הטכני. מנקודת המבט של אמינות, הוא יכול להעריך האם החלקים והמבנים המתוכננים והפרמטרים שלהם עומדים בדרישות האמינות, ולהציע הצעות לשיפור התכנון, ובכך לשפר עוד יותר את איכות התכנון של המכונה. . יש ליישם ולקדם בתכנון את שיטות ותפיסות העיצוב החדשות הנ"ל, על מנת שניתן יהיה לפתח אותן בהתאם.
לאחר סיום עיצוב הסקיצה ניתן לעצב את שרטוט העבודה של החלק בהתאם לגודל הבסיסי של החלק שנקבע בסקיצה. בשלב זה, יש עדיין מספר רב של פרטים מבניים של החלקים שיש לעדן ולקבוע. בעת תכנון שרטוטי עבודה, יש צורך לשקול באופן מלא את תהליך העיבוד וההרכבה של חלקים, דרישות הבדיקה ושיטות היישום של חלקים במהלך ואחרי העיבוד. אם לכמה סידורים מפורטים יש השפעה ראויה על יכולת העבודה של החלקים, יש צורך לחזור כדי לבדוק מחדש את יכולת העבודה. לבסוף, צייר את שרטוטי העבודה של כל החלקים מלבד חלקים סטנדרטיים.
שרטוט מחדש את שרטוט מכלול הרכיבים ושרטוט הרכבה כללית לפי המבנה והגודל בשרטוט העבודה הסופי של החלק. באמצעות עבודה זו, ניתן לבדוק טעויות מימדיות ומבניות שעלולות להיות מוסתרות בשרטוט העבודה של החלק. אנשים קוראים לעבודה הזו בשפה המדוברת אסיפה על הנייר. (הערת העורך: כעת באמצעות עיצוב תוכנה תלת-ממדית, זה מאוד נוח לשינוי, כך שניתן לעבור את שלבי התכנון הטכני, אבל זה הכרחי. כמובן, בדיקות מסוימות יכולות להשתמש בפונקציות של התוכנה עצמה.)
(4) עריכת מסמכים טכניים
ישנם סוגים רבים של מסמכים טכניים, והנפוץ שבהם כוללים הוראות תכנון וחישוב מכונות, הוראות הפעלה ורשימת חלקים סטנדרטית (BOM).
בעת עריכת מפרט חישוב התכנון, הוא יכלול את כל התוכן המכריע של בחירת התכנית והתכנון הטכני.
בעת עריכת מדריך הוראות המכונה למשתמשים, יש להציג בפני המשתמשים את מגוון פרמטרי הביצועים, שיטות הפעולה, תחזוקה יומיומית ושיטות תיקון פשוטות, קטלוג חלקי חילוף וכו' של המכונה.
מסמכים טכניים אחרים, כגון תעודת הבדיקה, רשימת החלקים הנרכשים ותנאי הקבלה וכדומה, ייערכו בנפרד לפי הצורך.
(5) יישום מחשב בתכנון מכני
עם התפתחות טכנולוגיית המחשב, נעשה שימוש נרחב במחשבים בתכנון מכני, ותוכנות רבות לתכנון וניתוח ביעילות גבוהה הופיעו. ניתן להשתמש בתוכנות אלו כדי להשוות בין סכמות מרובות בשלב התכנון, והן יכולות לנתח במדויק את החוזק המבני, הקשיחות והמאפיינים הדינמיים של סכמות שונות כולל סכמות גדולות ומורכבות. במקביל, ניתן גם לבנות אב טיפוס וירטואלי במחשב, ולהשתמש בסימולציית אב הטיפוס הוירטואלית לאימות התכנון, על מנת להעריך באופן מלא את כדאיות התכנון בשלב התכנון. ניתן לומר כי קידום ושימוש בטכנולוגיית מחשבים בתכנון מכני יש ומשנה את תהליך התכנון המכני, ואת יתרונותיו בשיפור איכות ויעילות התכנון קשה לחזות.
האמור לעיל מציג בקצרה את הליך התכנון של המכונה. באופן כללי, בתהליך הייצור של המכונה, ניתן לשנות את העיצוב מסיבות תהליך בכל עת. אם נדרש שינוי, יש לבצע נהלי אישור מסוימים (הערת העורך: Change Engineering, Engineering Chan
ge, EC). לאחר יציאת המכונה מהמפעל יש לבצע חקירות המשך בצורה מתוכננת; בנוסף, המשתמשים ידווחו גם על בעיות למחלקת הייצור או העיצוב במהלך השימוש. בהתבסס על מידע זה, מחלקת התכנון עשויה לשנות או אפילו לשפץ את העיצוב המקורי לאחר ניתוח. משימות אלו, למרות שבגדול חלק מתהליך העיצוב, הן רמה נוספת של בעיה. כמעצב, אדם צריך להיות בעל תחושת אחריות חברתית חזקה, להרחיב את חזון העבודה שלו לכל תהליך הייצור, השימוש ואפילו הגריטה, ולשפר את העיצוב שוב ושוב, כדי לשפר באופן מתמיד את איכות המכונה ולהיפגש טוב יותר. צורכי הייצור והחיים.
תיאור שלב
(1) שלב התכנון
לאחר הוצאת משימות הפרויקט, שלב התכנון הוא שלב הכנה בלבד. בשלב זה, יש רק מושג מעורפל לגבי המכונה שיש לתכנן.
(2) שלב תכנון התכנית
שלב זה ממלא תפקיד מפתח בהצלחה או כישלון העיצוב. בשלב זה, הוא גם מדגים באופן מלא את המאפיינים של מספר פתרונות (סכמות) בעבודת התכנון.
ניתוח הפונקציות של המכונה הוא לבצע ניתוח מקיף של הדרישות, דרישות המינימום והדרישות הצפויות של פונקציות המכונה המוצעות בספר משימות התכנון, כלומר האם ניתן לממש פונקציות אלו, האם יש סתירות בין פונקציות מרובות, והאם ניתן להחליפם זה בזה. לבסוף, הפרמטרים הפונקציונליים נקבעים כבסיס לתכנון נוסף. בשלב זה, יש לטפל כראוי בקונפליקטים אפשריים בין צרכים ואפשרויות, אידיאלים ומציאות, יעדי פיתוח ומטרות נוכחיות.
לאחר קביעת הפרמטרים הפונקציונליים, ניתן להציע פתרונות אפשריים, כלומר להציע פתרונות אפשריים. כאשר מחפשים פתרון, ניתן לדון בו בנפרד לפי חלק הנהיגה, חלק הילוכים וחלק הביצוע. מקובל יותר להתחיל את הדיון עם החלק המבצעי קודם.
כאשר דנים בחלק הביצוע של המכונה, מדובר קודם כל על בחירת עקרון העבודה (הערת העורך: כלומר, שיטת היישום). לדוגמה, בעת תכנון מכונה לייצור ברגים, עקרון העבודה שלה יכול להיות או שיטת הפיכת הברגים עם כלי מפנה על ריק גלילי, או השיטה של גלגול חוטים עם מתגלגלת על ריק גלילי. זה מציג שני עקרונות פעולה שונים. עקרונות העבודה שונים, וכמובן שהמכונות שתוכננו יהיו שונות מהותית. בפרט, יש להדגיש כי יש לחקור ולפתח ללא הרף עקרונות עבודה חדשים. זוהי דרך חשובה לעיצוב פיתוח טכנולוגי.
4
שלבי עיצוב
לפני תחילת העיצוב, מגובשות משימות העיצוב.
כאשר משימת התכנון מסובכת יותר, תכנון תלת-שלבי מאומץ בדרך כלל, כלומר עיצוב ראשוני, עיצוב טכני ועיצוב שרטוט עבודה; כאשר המשימה פשוטה יחסית, כגון עיצוב חדש של מכונות פשוטות, עיצוב הירושה או עיצוב וריאנטי של מכונות כלליות, התכנון יתוכנן לעומק התכנון הטכני בהתחלה, ותכנון שרטוט העבודה ייעשה לאחר סקירה, שינוי ואישור, שהופך לתכנון דו-שלבי.
בשלב התכנון המקדים של התכנון התלת-שלבי, השלבים העיקריים של התכנון הם: קביעת עקרון העבודה וסוג המבנה הבסיסי, תכנון תנועה, תכנון חלקים ורכיבים עיקריים, שרטוט שרטוט כללי ראשוני וסקירת התכנון המקדים.
בשלב התכנון הטכני, השלבים העיקריים הם: שינוי התכנון בהתאם לחוות הדעת, תכנון כל החלקים והרכיבים, שרטוט כללי חדש ובדיקת התכנון הטכני.
בשלב של עיצוב שרטוט עבודה, שנה את העיצוב בהתאם לחוות הדעת, צייר את כל שרטוטי העבודה וניסוח את כל המסמכים הטכניים. עבור מוצרים באצווה או בייצור המוני, נדרש גם עיצוב סופי.
בכל שלב בתכנון ניתן לגלות שחלק מההחלטות בשלבים הקודמים אינן סבירות, מה שמצריך חזרה לשלב הקודם, תיקון ההחלטות הבלתי סבירות וביצוע מחדש של עבודת התכנון שלאחר מכן.
(1) ניסוח משימות עיצוב
זוהי העבודה המקדימה של העיצוב. משימות עיצוב מבוססות על הזמנות משתמשים, צרכי שוק ותוצאות מחקר מדעיות חדשות. מחלקת העיצוב משתמשת בטכנולוגיות שונות ומודיעין שוק, מתווה תוכניות אפשריות, משווה את היתרונות והחסרונות שלהן, דנה עם המחלקה העסקית והמשתמשים ומגבשת יעדי משימת עיצוב סבירים. זה חשוב במיוחד עבור עיצובים חדשים. טעויות ביעדי המשימה יגרמו להפסדים כלכליים חמורים ואף לכישלון מוחלט.
(2) קבע את עקרון העבודה וסוג המבנה הבסיסי
אם משימת התכנון אינה מוגדרת בבירור, השלב הראשון בתכנון הוא קביעת התוכנית הכוללת, כלומר לקבוע את עקרון העבודה שיש ליישם ואת הסוג המבני המתאים.
לדוגמה, כדי לתכנן מנוע דיזל ימי בעל הספק גבוה, תחילה יש צורך לקבוע אם להשתמש במנוע דיזל דו-פעימי, דו-פעימי, ראש צולב, במהירות נמוכה, או ארבע פעימות, חד-פעימות, בינוני. מנוע דיזל מהיר.
דוגמה נוספת היא מכונות הריסוק המיועדות לריסוק גס של סלעים. ראשית, יש להחליט האם להשתמש במגרסה הלסת או המגררת עם שחול וכיפוף כפעולת הריסוק העיקרית, או במגרסת אימפקט רוטורית או כפולה עם פגיעה כפעולה העיקרית.
(3) עיצוב תנועה
לאחר קביעת התוכנית הכוללת של התכנון, יש צורך להשתמש בידע של המנגנון כדי לבחור את המנגנון המתאים להשגת תוכנית התנועה הנדרשת. מגרסה הלסת הנ"ל מסתמכת על תנופת הלסת הניידת שלו כדי לרסק את הסלע הנכנס לחלל הריסוק על ידי מעיכה, כיפוף ופיצול, בעוד שהנדנדה של הלסת הנעה יכולה להיות תנופה פשוטה של מנגנון חילוף כפול או נדנדה מורכבת. של מנגנון מתג יחיד. בעיצובים חדשים, ייתכן שיהיה צורך לסנתז מנגנון חדש כדי להשיג את ערכת התנועה הנדרשת, שהיא לרוב משימה קשה. לכן, מעצבים מנסים בדרך כלל ליישם את סכימות התנועה המוצעות על ידי מנגנונים קיימים ובוגרים.
(4) תכנון מבני ושרטוט כללי ראשוני
לאחר תכנון התנועה, המעצב מתחיל בתכנון המבני, מחשב את הכוח, החוזק, הצורה, הגודל והמשקל של החלקים העיקריים של המכונה, ומשרטט סקיצות של החלקים והרכיבים העיקריים. בשלב זה, אם נמצא שהמבנה שנבחר במקור אינו בר ביצוע, יש להתאים או לשנות את המבנה. יש לקחת בחשבון גם את האפשרות של התחממות יתר, בלאי יתר או רעידות.
בשלב זה המעצב ימצא סתירות בצורה, גודל, פרופורציה וכו' של כל חלק על ידי ציור סקיצה. לחזק או לשפר היבט אחד עלול להחליש או להחמיר היבט אחר. בשלב זה, יש צורך לשקול את החשיבות ולתאם כדי להשיג את האפקט המקיף הטוב ביותר. (הערת העורך: מהות העיצוב היא תהליך של שקילה מתמדת של בחירות). לאחר שהסקיצה תוקנה שוב ושוב ונחשבת משביעת רצון מלכתחילה, ניתן לשרטט את השרטוט הכללי המקדים והעלות המשוערת (הערכת עלות). השרטוט הכללי המקדים מצויר אך ורק לפי קנה מידה, ונבחרים מספיק תצוגות וחתכים.
(5) סקירה ראשונית
לאחר שרטוט השרטוט הכללי הראשוני, יש צורך להזמין אנשי תכנון, ייצור ומשתמשים מנוסים של סוג זה של מכונות, כמו גם נציגים של המשתמש או יחידת התכנון המופקדת על מנת לערוך סקירה ראשונית. אם תוצאות הסקירה מצביעות על כך שהתכנון אינו ישים (כגון משקל ונפח רב מדי, עלות גבוהה מדי, ספקות לגבי מהימנות המבנה וכו'), יש לעצב מחדש את עיצוב התנועה, או אפילו להחליף אותו באחר. עקרונות עבודה וסוגי מבנה בסיסיים. ברוב המקרים, מבוצעים כמה שיפורים בעיצוב.
(6) תכנון טכני
על פי הערות הסקירה המקדימה, העיצוב שונה וכל החלקים ושרטוטי ההרכבה מצוירים. בצע ניתוח מתח מדויק בחלקים וברכיבים העיקריים, תקן את הצורה, הגודל ופרטים נוספים של החלקים בהתאם לתוצאות הניתוח, וציין את החומר והטיפול בחום. קבע את דיוק העיבוד של חלקים ואת תנאי ההרכבה של הרכיבים והמכלולים הסופיים. תכנון סיכה מלא, תכנון חשמלי (הנעה ובקרה). הציור הכללי מצויר מחדש, וכמה מכונות חשובות וייצור המוני צריכות לפעמים ליצור דגמים. שלח את העיצוב הטכני המושלם לסקירה שנייה.
(7) צייר דיאגרמת עבודה
ה
לאחר ביצוע השינוי הסופי על פי חוות הדעת של הסקירה השנייה, ניתן לשרטט שרטוטי חלקים רשמיים, שרטוטי הרכבה של רכיבים ושרטוטי הרכבה כללית, ולהכין מסמכים טכניים כגון רשימת חלקים, רשימת חלקים פגיעים ומדריך למשתמש. על האחראי על התכנון לשים לב לתיאום המידות בין החלקים, בדיקת התאמת הסובלנות בין חלקי הצימוד, ובחינת החוזק והקשיחות של חלקים מסוימים.
לאחר השלמת שרטוט החלק, מתחילים בבדיקת השרטוט, שזו עבודה חשובה מאוד. הגהה בקפידה של שרטוטים יכולים להבטיח הרכבה חלקה לאחר העיבוד. שיטת ההגהה האמינה ביותר היא ציור מחדש של ציור אסיפה כללית על סמך ציור החלקים המצויירים (הערת עורך: צייר את החלקים המעוצבים במחשב לפי שיטת חיבור ההרכבה כדי לצייר שוב את האסיפה הכללית), וכל הסתירות יוצגו.
שתי משימות צריכות להתבצע בזמן ציור ציור החלק: האחת היא הסקירה הטכנית כדי להקל על עיבוד החלקים ולהפחית את עלות הייצור; השני הוא סקירת התקן כדי לגרום לאלמנטים המבניים, הממדים, התאמת הסובלנות, התנאים הטכניים לטיפול בחום, התקנים והחלקים הכלליים של החלקים לעמוד בדרישות התקן.
(8) ייצור ניסיון ותכנון סופי
לייצור מכונות בחתיכה אחת או באצווה קטנה, ניתן להכניס את שרטוטי העיצוב שהושלמו בשלבים לעיל לייצור רשמי. עבור מכונות המיוצרות בקבוצות או בכמויות גדולות, יש לייצר אבות טיפוס בניסוי לפני ייצור רשמי, ולבצע בדיקות פונקציונליות והערכות. לאחר המעבר יתבצע ייצור ניסוי אצווה על פי תהליך הייצור ההמוני. בעיות המתעוררות במהלך ייצור ניסוי אצווה עשויות לדרוש שינויים מתאימים בתכנון לפני שהוא יכול להפוך לעיצוב סופי שניתן להשתמש בו בייצור רשמי.
5
אילוצים (קריטריוני עיצוב)
לתכנון של חלקים מכניים יש מגבלות רבות, וקריטריוני התכנון הם האילוצים שהתכנון צריך לעמוד בהם.
(1) קריטריונים לביצועים טכניים
ביצועים טכניים כוללים את כל הביצועים כולל תפקוד המוצר, תנאי ייצור והפעלה, ומתייחסים הן לביצועים סטטיים והן לביצועים דינמיים. לדוגמה, ההספק, היעילות, חיי השירות, החוזק, הקשיחות, עמידות החיכוך, ביצועי הבלאי, יציבות הרטט והמאפיינים התרמיים שהמוצר יכול לשדר.
קריטריון הביצועים הטכניים פירושו שהביצועים הטכניים הרלוונטיים חייבים לעמוד בדרישות המפורטות. לדוגמה, רטט ייצור עומס דינמי נוסף ומתח משתנה, במיוחד כאשר התדירות שלו קרובה לתדר הטבעי של המערכת המכנית או החלקים, תתרחש תהודה, והמשרעת תגדל בחדות, מה שעלול להוביל לנזק מהיר לחלקים או אפילו המערכת כולה. קריטריון יציבות הרטט הוא להגביל את פרמטרי הרטט הרלוונטיים של המערכת המכנית או החלקים, כגון תדר טבעי, משרעת, רעש וכו', בטווח המותר שצוין. דוגמה נוספת היא החום הנוצר כאשר המכונה פועלת, אשר עלול לגרום ללחץ תרמי, מתח תרמי ואפילו נזק תרמי. הקריטריון של מאפיינים תרמיים הוא להגביל פרמטרים תרמיים שונים הקשורים (כגון מתח תרמי, מתח תרמי, עליית טמפרטורה וכו') בטווח שצוין.
(2) קריטריוני תקינה
התקנים העיקריים הקשורים לעיצוב של מוצרים מכניים הם בערך כדלקמן:
סטנדרטיזציה של מושגים: מונחים, סמלים, יחידות מדידה וכו' המעורבים בתהליך העיצוב צריכים לעמוד בתקנים;
תקינה של צורה פיזית: יש לבחור את הצורה המבנית, הגודל, הביצועים וכו' של חלקים, חומרי גלם, ציוד ומקורות אנרגיה על פי תקנות אחידות.
תקנון שיטות: יש ליישם שיטות פעולה, שיטות מדידה, שיטות בדיקה וכו' בהתאם לתקנות המקבילות.
קריטריון התקינה אומר שכל ההתנהגויות בכל תהליך התכנון חייבות לעמוד בדרישות התקינה הנ"ל. ניתן לחלק את התקנים שפורסמו הקשורים לתכנון של חלקים מכניים לשלוש רמות: תקנים לאומיים, תקנים תעשייתיים ותקנים ארגוניים מבחינת היקף היישום. מבחינת שימוש חובה, ניתן לחלק אותו לחובה ומומלץ.
(3) קריטריוני מהימנות
אמינות: ההסתברות שמוצר או רכיב יכולים להשלים את הפונקציה שצוינה במהלך החיים הצפוי בתנאי שימוש מוגדרים. קריטריון המהימנות אומר שהמוצר, הרכיב או החלק המתוכנן צריכים לעמוד בדרישות האמינות שצוינו.
(4) הנחיות אבטחה
בטיחות המכונה כוללת:
בטיחות חלקים: מתייחס לעובדה שהחלקים אינם מתרחשים כגון שבר, דפורמציה מופרזת, בלאי יתר ואובדן יציבות בעומס החיצוני שצוין ובתוך הזמן שצוין.
בטיחות המכונה כולה: מתייחסת לדרישה שהמכונה מבטיחה שלא יהיו תקלות בתנאים שצוינו ושהפונקציות הכלליות ניתנות למימוש כרגיל.
בטיחות בעבודה: מתייחס להגנה על מפעילים, הבטחת בטיחות אישית ובריאות גופנית ונפשית וכו'.
בטיחות סביבתית: מתייחס לאי זיהום ולפגיעה בסביבה ובאנשים סביב המכונה.
6
מתודולוגיית עיצוב
מטרת מתודולוגיית העיצוב היא להעלות את החשיבה העיצובית לתהליך רציונלי, כך שניתן יהיה לבצע עיצוב לפי היגיון מסוים, כך שיותר מעצבים יוכלו לעשות עיצובים טובים. בדרך כלל הוא כולל את התכנים הבאים:
(1) חלקו את שלבי העיצוב לשלבים עדינים מאוד, מה שהופך כל שלב לפעילות מחשבתית עם כללים שיש לפעול לפיהם והוכחות שיש לפעול לפיהם.
(2) אחסן עיצובים מוצלחים או טובים והקמת מאגר עיצובים לעיון או אימוץ בעיצובים עתידיים.
(3) הכנס את הרעיון והשיטה של הנדסת ערך בעבודת התכנון, ואיזון בין התפקוד והעלות של הסתירה בתכנון כדי להשיג אפקט שימוש טוב.
(4) השתמש בידע של דיסציפלינות מתפתחות כגון טריבולוגיה, רטט, מכניקת שברים, שיטת אלמנטים סופיים, תכנון מהימנות, תכנון אופטימיזציה, הנדסת מערכת וארגונומיה בתכנון כדי לשפר את האופי המדעי של העיצוב ולהפחית עיוורון.
(5) להרחיב את היקף עבודת התכנון, להרחיב קדימה לתחזית השוק ולאחור לשירות לאחר המכירה.
(6) השתמש בתכנון בעזרת מחשב כדי להפחית את עבודת התכנון, לשפר את מהירות התכנון ואיכות העיצוב.
7
הַשׁקָפָה
בעתיד, תכנון מכני יחלחל לתעשיות כמו ייצור מוליכים למחצה, ביו-הנדסה, ננוטכנולוגיה ורובוטיקה. תוך כדי תרומה להתפתחות חברתית, היא תמשיך לשפר את עצמה ולחדש עוד יותר את התיאוריה שלה.
(1) לממש עוד יותר שיטתיות
כלומר, החל מנקודת מבט המערכת, המוצר המכני נחשב כמערכת או שלם, הנשענת על טכנולוגיית מחשב למימוש התיאום בין אדם, מכונה וסביבה. באופן ספציפי, היא מפרקת את המערכת הכוללת למספר תת-מערכות, מאמצת תיאוריות ושיטות עיצוב מודרניות שונות, ורודף אחר אופטימיזציה של המערכת כמטרה לתאם את התכנון וההתאמה של כל תת-מערכת.
(2) להעמיק עיצוב אינטליגנטי
עם התקדמות ופיתוח המדע והטכנולוגיה, יש לקחת בחשבון יותר ויותר גורמי אינטליגנציה בתכנון. ניתן לתאר כמות גדולה של תוכן עיצובי על ידי הקמת מודלים לתיאור ההתנהגות של תנאי עבודה שונים של מוצרים מכניים, ופתרון המודלים יכול לחזות את ביצועי המוצר, את הרציונליות והאופטימליות של העיצוב. לדוגמה, מערכות קבלת החלטות חכמות להערכות שונות של ביצועי רכב, מערכות מומחה לתכנון תיבות הילוכים ומערכות אבחון תקלות יושמו בפיתוח ותכנון של רכבים חדשים.
(3) שימו לב יותר לחשיבה ירוקה
טכנולוגיית עיצוב ירוק היא טכנולוגיה לעיצוב מוצרים במחזור החיים שלהם לפי דרישות הגנת הסביבה, ניצול המשאבים הגבוה ביותר וצריכת האנרגיה הנמוכה ביותר. המעצבים נדרשים לשקול את התכונות הסביבתיות והתכונות הבסיסיות של מוצרים מכל המחזור, ולבסס תמיד את העיצובים שלהם על בריאותם הפיזית והנפשית של אנשים והגנת הסביבה. יחד עם זאת, המוצרים המעוצבים נדרשים להיות ניתנים למיחזור ולגרום נזק מינימלי לסביבה.
8
שיטת עיצוב מודרנית
1. מקצועי ומודרני
תוכנת מחשב שפותחה במשותף על ידי תכנון מכאני ואנשי מקצוע בתחום המחשבים יכולה לשקף ולתאר מנגנוני נזק, כשל והרס שונים של מוצרים מכניים בתנאי עבודה בפועל. זה יכול לנתח ולחשב באופן כמותי את ההתנהגות הדינמית של חלקים מכניים ומכונות, וליצור תוכנית עיצוב קבועה. זוהי שיטת עיצוב מודרנית מקצועית, כגון ניתוח ועיצוב רעידות, תכנון טריבולוגיה, תכנון העברת חום תרמודינמית, תכנון חוזק, קשיחות, ניתוח שדות טמפרטורה ועוד. תוכנות אלו מפותחות כולן על בסיס שיטות תכנון מסורתיות ושימוש בטכנולוגיית מחשב . לדוגמה: שימוש בתוכנת Pro/M לניתוח המאפיינים הדינמיים של מכשירים מכניים, ושימוש בתוכנת ANSYS לניתוח מתח הם דוגמאות טובות בהקשר זה, המניחים את הבסיס לשיפוט מדויק של מהימנות המכשיר ובחירת פרמטרים עיצוביים.
2. יוניברסל מודרני
על מנת לעמוד בדרישות הגבוהות של ביצועי מוצר מכאני, נעשה שימוש נרחב בטכנולוגיית המחשב בתכנון מכני לתכנון מסייע וניתוח מערכות, שהיא שיטת עיצוב מודרנית נפוצה. שיטות נפוצות כוללות אופטימיזציה, אלמנטים סופיים, אמינות, סימולציה, מערכות מומחים ו-CAD. שיטות אלה מיועדות לא רק למחקר של מוצרים מכניים, אלא יש גם תיאוריות ושיטות מדעיות משלהן.
1) עיצוב אופטימלי
תכנון אופטימיזציה מכנית הוא השתלה ויישום של טכנולוגיית אופטימיזציה בתחום התכנון המכני. הרעיון הבסיסי שלה מבוסס על התיאוריה של תכנון מכני.
