Материалы 3 конференции "ТРИЗ. Практика применения методических инструментов"
Особенности выполнения концептуального этапа проекта
Автор: Нониашвили Алексей Ильич, генеральный директор ООО «Аинтрис»
Важным этапом любого нашего проекта является концептуальный этап. Данный этап может быть не только в начале утвержденного проекта, но и может выполняться до заключения договора. И это делает тем более этот этап очень ответственным и иногда самым сложным этапом за весь проект.
Во время выполнения данного этапа мы:
- конкретизируем главную функцию технической системы
-уточняются условия работы технической системы и характер взаимодействия с надсистемой
-выявляем основные и дополнительные требования к системе
На данном этапе выбирается принципиальный способ реализации главной функции. В процессе генерации вариантов появляются факторы расплаты, которые потом мы переводим в потребительские свойства. И совместно с заказчиком ставим планку по уровню реализации потребительских свойств.
Данный этап очень сложный с точки зрения взаимодействия с заказчиком. Т.к. ему предлагаются к рассмотрению промежуточные варианты конструкции еще не проработанные до конца, с неустраненными вторичными нежелательными эффектами. А передать заказчику нашу уверенность, в том, что эти нежелательные эффекты будут устранены в процессе дальнейшего конструирования системы, не всегда удается в полной мере.
Поэтому на данном этапе решаются не только технические задачи, но и организационно-психологические. И для решения таких задач мы разрабатываем свои приемы и методики.
В данной работе пойдет речь о концептуальной части одного из проектов.
Описание исходной ситуации
Заказчику необходимо было сделать подъемно-опускное устройство для аппарата цилиндрической формы (в целях конфиденциальности, назначение аппарата не указывается).
Устройство должно было размещаться на борту катера и иметь два положения:
- аппарат находится в зачехленном состоянии на борту катера (сбоку или на носу катера)
- аппарат находиться в стационарном варианте на рабочей глубине (1,5-2 м) в водной акватории
Главные функции устройства:
Удержание (фиксация положения) аппарата в двух состояниях: на борту катера и на рабочей глубине.
Перемещение аппарата на рабочую глубину и обратно.
Исходные данные для конструирования
Вначале были согласованы с заказчиком основные требования к выполнению главной функции устройства (скорость перемещения аппарата, глубина опускания, частота смены положения).
Ограничения
Затем выявлялись ограничения на всех этапах жизненного цикла устройства:
- изготовление устройства
-первичный монтаж постоянных частей устройства на катере (монтаж производиться один раз на этапе изготовления катера)
- транспортировка временных элементов конструкции устройства
-монтаж временных элементов конструкции
- размещение аппарата на устройстве в зачехленном состоянии
- опускание аппарата на рабочую глубину
- подъем аппарата на борт катера
- демонтаж временных элементов
-хранение временных элементов
Основные требования к устройству
Крепление аппарата в обоих положениях должно быть надежным, т.к. потеря аппарата при движении катера не допустимы.
Устройство должно компактно размещаться на борту катера.
Опускание аппарата должно производиться с участием 1-2-х человек при полной остановке.
Устройство не должно загораживать обзор при управлении катером.
Генерация способов реализации главной функции
На данном этапе были выделены основные положения аппарата и предложены траектории по перемещению аппарата из одного положения в другое. Рассмотрены варианты крепления аппарата к устройству.
Все варианты были представлены в схематичной форме и отражают лишь способ реализации главной функции.
После этого для каждого из вариантов выявлялись вторичные нежелательные эффекты и оценивались возможности устранения данных нежелательных эффектов.
Ниже приведено 4 варианта реализации устройства.
Вариант 1
Рис 1. Вариант 1
Вариант 2
Рис 2. Вариант 2
Вариант 3
Рис 3. Вариант 3
Вариант 4
Рис 4. Вариант 4
Анализ данных вариантов конструкции был многосторонним. Но остановлюсь я на одном аспекте анализа. Во всех предложенных вариантах попытка сделать элемент устройства, к которому крепиться аппарат более жестким приводит к тому, что конструкция устройства получается очень громоздкой. На лицо явный конфликт между двумя потребительскими свойствами: надежностью крепления аппарата к устройству (жесткость фиксации положения аппарата) и компактностью устройства. Причем использование приема дробления по отношению к основной несущей металлкоконструкции приводит к тому, что система становится более компактной, но при этом ухудшается жесткость фиксации положения аппарата и надежность всей конструкции в целом.
Сформулировали физическое противоречие:
Основная несущая металлоконструкция должна быть жесткой, для того чтобы аппарат был зафиксирован в заданном положении, и должна быть гибкой, чтобы быть компактной.
Если выявить оперативное время, когда металлоконструкция должна быть жесткой, а когда гибкой, то окажется что эти зоны разделены. Жесткой несущая металлоконструкция должна быть, когда аппарат погружен на рабочую глубину, а гибкой металлоконструкция должна быть во время нахождения аппарата в зачехленном состоянии (а также во время складирования).
Значит, физическое противоречие может быть разрешено во времени.
Нужно чтобы несущий элемент был гибким как трос во время хранения и монтажа, чтобы его можно было, например, смотать, и жестким как металлический профиль во время нахождения аппарата на рабочей глубине, когда элемент находится в распрямленном состоянии.
Начали искать, а где еще нужны подобные элементы и как они устроены. В туристических палатках используют трубки с протянутыми внутри резиновыми тросами. Балка состоит из коротких трубок, а внутри них протянут трос, делающий возможным с одной стороны сохранять целостность балки, а с другой стороны, позволяющий в местах стыка сгибать балку, делая ее тем самым компактной. Если использовать квадратный барабан с длиной стороны, равной длине короткого элемента, то такую балку можно наматывать, и она будет компактна при хранении и наоборот разматывать и соединять элементы между собой, и она будет жесткой в распрямленном состоянии. Вторичными нежелательными эффектами являлись ненадежность стыков и сложность монтажа/демонтажа такой системы, из-за необходимости перемещать трубки относительно друг друга, для того чтобы вытащить одну трубку из другой.
Рис 5. Каркас палатки
Еще одна область, в которой есть нужные нам элементы – это сматываемые пандусы, и эскалаторные ленты. Но главным недостатком таких систем является их односторонняя жесткость, т.к. во время их эксплуатации нагрузка действует только с одной стороны. В нашем же случае нагрузки действуют с разных сторон.
Рис 6. Гибкий-жесткий элемент
Но если объединить два таких элемента через жесткий элемент, таким образом, чтобы при действии нагрузки с нежесткой стороны элемента работал другой элемент, то получиться жесткая конструкция в распрямленном положении и гибкая конструкция в свернутом состоянии во время хранения.
Рис 7. Финальное решение
Данное решение было выбранно за базовую конструкцию, и было отправленно на инженерную проработку.
Таким образом, применение методов анализа и синтеза систем позволило нам сократить сроки концептуального этапа и сократить сроки инженерного этапа, за счет конструкторской проработки только одного принципиального решения.
Работа проводилась совместно с нашими партнерами ООО "Инжиниринговой компанией "Изобреталь".